Questões Sobre Respiração celular e fermentação - Biologia - concurso

Os fungos desempenham um papel fundamental tanto na natureza quanto nas atividades humanas, e o exemplo mais emblemático disso é a levedura Saccharomyces cerevisiae. Esse organismo unicelular tem sido amplamente estudado devido à sua importância em processos biotecnológicos e industriais. Entre suas diversas aplicações, destaca-se a capacidade de realizar fermentação alcoólica em condições anaeróbias, convertendo açúcares em etanol e gás carbônico. Esse processo é essencial para a produção de bebidas alcoólicas, como cerveja e vinho, além de ser a base para a fabricação do etanol combustível, amplamente utilizado em escala global.

A alternativa correta, B, ressalta justamente essa característica crucial da S. cerevisiae: sua habilidade de gerar etanol através da fermentação em ambientes com baixa disponibilidade de oxigênio. Esse fenômeno não só sustenta uma indústria multibilionária, mas também contribui para a produção de biocombustíveis, uma alternativa mais sustentável aos derivados de petróleo. As outras opções, apesar de mencionarem funções relevantes de outros microrganismos, não correspondem às principais atividades dessa levedura. Por exemplo, a produção de ácido cítrico (A) está mais associada a fungos filamentosos como Aspergillus niger, enquanto a síntese de penicilina (C) é realizada pelo fungo Penicillium.

Além disso, embora os fungos de fato atuem como decompositores na natureza (D), essa não é uma função específica da S. cerevisiae. Da mesma forma, a produção de CO₂ durante a fermentação (E) não está diretamente ligada ao aumento da produtividade primária vegetal, já que esse gás é apenas um subproduto metabólico. Portanto, a resposta B é a que melhor representa a importância econômica e biológica dessa levedura, consolidando seu status como um dos microrganismos mais valiosos para a humanidade.

A fermentação é um processo metabólico essencial para a sobrevivência de células em condições anaeróbicas, ou seja, na ausência de oxigênio. Um exemplo clássico ocorre nas células musculares durante atividades físicas intensas, quando a demanda por energia supera a capacidade do organismo de fornecer oxigênio suficiente para a respiração celular. Nessas condições, as células recorrem à fermentação láctica, convertendo piruvato em lactato.

Embora essa via metabólica não produza ATP adicional, ela desempenha um papel crucial ao restabelecer as concentrações de NAD+, que é essencial para a continuidade da glicólise. Durante a glicólise, moléculas de NAD+ são reduzidas a NADH, e, na ausência de oxigênio, esse NADH não pode ser reoxidado no ciclo de Krebs ou na cadeia transportadora de elétrons. A fermentação resolve esse problema ao oxidar o NADH para NAD+, permitindo que a glicólise prossiga e mantenha a produção mínima de ATP necessária para a célula.

As outras alternativas apresentadas não explicam corretamente a importância da fermentação. A excreção de produtos não energéticos (B) não é o objetivo principal, assim como a fermentação não influencia diretamente o sentido da glicólise (C) ou a energia de ativação das enzimas (D). Além disso, a fermentação não aumenta a concentração de substratos para a glicólise (E), mas sim garante a disponibilidade de NAD+, o que justifica a alternativa A como a correta.

O metabolismo respiratório é um processo essencial para a produção de energia nas células, e diversas drogas podem interferir em suas etapas, seja inibindo ou alterando seu funcionamento. Entre as substâncias listadas, o FCCP (Carbonil cianeto p-trifluormetoxifenil hidrazona) se destaca por seu mecanismo de ação único, que leva a um aumento drástico no consumo de oxigênio quando adicionado a um sistema com mitocôndrias funcionais.

O FCCP é um desacoplador da cadeia respiratória, ou seja, ele torna a membrana mitocondrial interna permeável aos prótons (H⁺), dissipando o gradiente eletroquímico normalmente utilizado pela ATP sintetase para produzir ATP. Como consequência, a mitocôndria perde sua capacidade de acoplar a respiração à síntese de ATP, levando a um consumo descontrolado de oxigênio na tentativa de restabelecer o gradiente de prótons. Esse fenômeno é conhecido como "desacoplamento respiratório".

Em contraste, os outros inibidores citados (cianeto, oligomicina, malonato e atractilato) atuam bloqueando etapas específicas da cadeia respiratória ou da síntese de ATP, reduzindo ou interrompendo o consumo de oxigênio. Portanto, a única droga capaz de aumentar significativamente o consumo de O₂ nesse sistema é o FCCP, tornando a alternativa D) a correta.

Sobre os processos celulares utilizados para obtenção de energia, é importante analisar cada afirmação para determinar sua veracidade.

(V) A fermentação ocorre no citosol e converte piruvato em ácido láctico ou etanol. Essa afirmação é verdadeira, pois a fermentação é um processo anaeróbico que acontece no citoplasma celular e produz esses compostos como produtos finais.

(V) A fosforilação oxidativa, realizada nas mitocôndrias, desenvolveu-se após o surgimento do oxigênio atmosférico. Essa afirmação também é verdadeira, pois esse processo depende do oxigênio como aceptor final de elétrons e só se tornou possível após a oxigenação da atmosfera.

(V) A fermentação aproveita apenas 20 kcal/mol das 690 kcal/mol presentes na glicose. Essa afirmação é correta, pois a fermentação é um processo pouco eficiente em termos energéticos comparado à respiração celular.

(F) Na respiração celular, os transportadores reduzem-se na oxidação do piruvato e na cadeia transportadora de elétrons e depois são oxidados no ciclo do ácido cítrico. Essa afirmação é falsa, pois a ordem dos processos está invertida - os transportadores são oxidados na cadeia transportadora de elétrons, não no ciclo de Krebs.

Portanto, a sequência correta é: V, V, V, F, correspondente à alternativa A).

A respiração celular, processo fundamental para a obtenção de energia pelos seres vivos, ocorre nas mitocôndrias e tem como função principal extrair a energia contida nos alimentos. No entanto, antes que essa energia possa ser utilizada pelas células, ela precisa ser capturada e armazenada em moléculas orgânicas. O fenômeno responsável por essa transformação é a fotossíntese, realizada por organismos autótrofos, como plantas e algas.

Durante a fotossíntese, a energia luminosa do sol é convertida em energia química, armazenada em moléculas como a glicose. Esse processo não apenas sustenta os próprios organismos fotossintetizantes, mas também serve como base para a cadeia alimentar, fornecendo energia para todos os outros seres vivos. Portanto, a alternativa correta é a B) fotossíntese, pois é o mecanismo primordial que permite a captura e transformação da energia ambiental em formas utilizáveis pelos seres vivos.

As demais alternativas apresentam conceitos relacionados, mas não respondem à questão central. A combustão (A) é um processo de oxidação rápida, a fermentação (C) e a glicólise (D) são etapas do metabolismo energético, e a estratificação (E) refere-se a um processo geológico ou ecológico, sem relação direta com a captura de energia ambiental.

O experimento descrito demonstra um processo biológico fundamental: a fermentação realizada pelas leveduras. Esses microrganismos utilizam açúcar como fonte de energia em um processo metabólico que libera calor como subproduto. Na garrafa 1, contendo apenas água e levedo, a ausência de açúcar limita significativamente a atividade fermentativa, resultando em pouca ou nenhuma variação térmica. Já na garrafa 2, a presença do açúcar permite que as leveduras realizem a fermentação de forma intensa, convertendo o substrato em energia e liberando calor no processo.

Após duas horas em repouso, é esperado que a temperatura na garrafa 2 seja superior à da garrafa 1, pois a atividade metabólica das leveduras gera energia térmica. Como o ambiente permaneceu a 25°C, qualquer aumento de temperatura nas garrafas só pode ser atribuído à atividade biológica interna. A garrafa 1, sem açúcar, mantém sua temperatura próxima à ambiente, enquanto a garrafa 2 apresenta aquecimento devido à fermentação ativa.

Portanto, a alternativa correta é D) A da garrafa 2 deve ser superior à da garrafa 1, pois apenas esta contém os elementos necessários (levedo + açúcar) para desencadear o processo fermentativo que eleva a temperatura interna do sistema.

A fermentação realizada pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae é um processo bioquímico fundamental na produção de pães e bebidas alcoólicas. Para que esse metabolismo ocorra, é essencial que as moléculas de açúcares sejam inicialmente quebradas em unidades menores, um passo catalisado por enzimas específicas. Essa etapa prévia de hidrólise permite que os açúcares complexos sejam convertidos em formas assimiláveis pelas leveduras, viabilizando a subsequente produção de etanol e CO₂.

Entre as alternativas apresentadas, a opção D corretamente identifica a necessidade da hidrólise enzimática como etapa inicial do processo fermentativo. As demais alternativas apresentam equívocos conceituais: a fermentação não requer produção prévia de CO₂ (A), nem envolve síntese proteica como etapa central (B). O consumo mitocondrial de O₂ (C) caracterizaria respiração aeróbica, não fermentação, e a liberação de O₂ (E) é biologicamente incoerente no contexto metabólico das leveduras.

Portanto, a compreensão do processo fermentativo requer o reconhecimento da hidrólise enzimática como etapa preparatória indispensável para o metabolismo dos carboidratos pelas leveduras, conforme corretamente indicado na alternativa D.

O estudo das vias metabólicas, como a glicólise, exige uma compreensão detalhada das estruturas moleculares envolvidas e dos mecanismos das reações que as compõem. Dominar esses aspectos facilita a visualização do processo como um todo, permitindo uma aprendizagem mais eficiente e integrada.

Na glicólise, ocorrem diversos tipos de reações, cada uma catalisada por enzimas específicas. Entre elas, destacam-se a isomerização, a transferência de fosforila e a desidratação. No entanto, uma afirmação incorreta sobre essas reações é a alternativa B, que menciona um "deslocamento de fosforila" realizado por uma aldolase. Essa enzima, na realidade, atua na clivagem de uma hexose em duas trioses, não sendo responsável por transferir grupos fosforila entre moléculas.

As demais alternativas descrevem corretamente os tipos de reações presentes na glicólise: a desidratação (A), a isomerização (C) e a transferência de fosforila (D). Essas reações são fundamentais para a quebra da glicose e a geração de energia na forma de ATP e NADH, etapas essenciais para o metabolismo energético celular.

Portanto, identificar os erros conceituais, como o apresentado na alternativa B, é crucial para consolidar o conhecimento sobre os processos bioquímicos e suas particularidades.

A glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de elétrons são etapas fundamentais do metabolismo energético celular. Durante a oxidação completa de uma molécula de glicose, ocorre a produção de ATP por meio da fosforilação oxidativa. Embora o cálculo teórico indique a possibilidade de gerar até 38 moléculas de ATP, na prática, esse número é menor devido a perdas energéticas e vazamentos de prótons. Estudos bioquímicos recentes demonstram que o rendimento real gira em torno de 26 a 28 moléculas de ATP por molécula de glicose oxidada. Portanto, a alternativa correta é A) 26, que reflete melhor a eficiência energética observada em sistemas biológicos reais.

Essa diferença entre o valor teórico e o observado experimentalmente ocorre porque:

• Parte da energia é dissipada como calor
• Existem custos energéticos para o transporte de moléculas através das membranas
• O gradiente de prótons nem sempre é completamente aproveitado pela ATP sintase

O metabolismo celular de carboidratos é um processo essencial para a produção de energia nas células, envolvendo etapas como a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de elétrons. Analisando as afirmativas apresentadas, é possível identificar quais estão corretas e como elas se relacionam com essas etapas metabólicas.

Afirmativa I: Esta afirmação está incorreta, pois a glicólise produz, sim, energia na forma de ATP, além de piruvato. Durante a glicólise, são gerados 2 ATPs líquidos por molécula de glicose, além de 2 moléculas de piruvato, que serão utilizadas nas etapas subsequentes.

Afirmativa II: Esta afirmação está correta. O ciclo de Krebs é responsável pela liberação de CO₂ como subproduto das reações de oxidação. Esse CO₂ é, posteriormente, eliminado pelos pulmões durante a respiração.

Afirmativa III: Esta afirmação também está correta. A maior parte do ATP é produzida durante a cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa, que ocorrem na membrana mitocondrial interna. Nessas etapas, são gerados aproximadamente 28 a 34 ATPs por molécula de glicose.

Afirmativa IV: Esta afirmação está correta. O piruvato formado na glicólise é convertido em acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs para continuar o processo de produção de energia, gerando mais ATPs, além de NADH e FADH₂.

Afirmativa V: Esta afirmação está incorreta. A glicólise produz apenas 2 ATPs líquidos, enquanto as etapas seguintes (ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons) geram uma quantidade significativamente maior de ATPs.

Portanto, as afirmativas corretas são II, III e IV, correspondendo à alternativa D).