- esboçar a necessidade de energia em organismos vivos, ilustrada por transporte ativo, movimento e reações anabólicas, comoquelas ocorrendo na replicação do DNA e síntese de proteínas
- descrever as características do ATP que o tornam adequado como a moeda energética universal
- afirmar que o ATP é sintetizado por: • transferência de fosfato em reações ligadas ao substrato • quimiosmose nas membranas de mitocôndrias e cloroplastos
- explicar os valores energéticos relativos de carboidratos, lipídios e proteínas como substratos respiratórios
- afirmar que o quociente respiratório (QR) é a razão entre o número de moléculas de dióxido de carbono produzidas e o número de moléculas de oxigênio absorvidas, como resultado da respiração
- calcular valores QR de diferentes substratos respiratórios a partir de equações para respiração
- descrever e realizar investigações, usando respirômetros simples, para determinar o QR de sementes germinantes ou invertebrados pequenos (ex: larvas de mosca-bola)
Energia e respiração
Biologia do A-Level · Tópico 12
9:49
Respiração
Em qualquer momento, seu corpo contém apenas cerca de cinquenta gramas de ATP. No entanto, ao longo de um único dia, você produzirá e gastará aproximadamente o peso do seu próprio corpo dele. O mesmo…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
12.1
Por que os seres vivos precisam de energia
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
As células necessitam de um suprimento constante de energia能量, obtida através da respiração呼吸作用. A energia é necessária para:
- transporte ativo主动运输 (movimento de substâncias contra gradiente),
- movimento (por exemplo, contração muscular),
- reações anabólicas合成代谢 — construção de grandes moléculas, como na replicação do DNA e síntese proteica.

12.1
ATP — a moeda energética
ATP é a molécula que transporta energia para onde é necessária. É formado por ADP e um grupo fosfato; quando perde esse fosfato novamente, libera um pequeno pulso de energia utilizável. O ATP é ideal para essa função, sendo chamado de moeda energética universal:
- libera energia rapidamente, em pequenas quantidades que atendem às necessidades celulares.
- é facilmente sintetizado e resintetizado, repetidamente.
- é pequeno e solúvel, permitindo fácil movimentação dentro da célula.

O ATP é produzido de duas formas: por transferência direta de um grupo fosfato em reações de fosforilação磷酸化, e por quimiosmose化学渗透 através das membranas de mitocôndrias线粒体和叶绿体.
O ciclo do ATP
Passe pelo ciclo. O ATP é dividido para liberar um pequeno impulso de energia, depois reconstruído pela respiração — repetidamente.
12.1
Substratos respiratórios e QR
Um substrato respiratório呼吸底物 é uma molécula decomposta para liberar energia. Por grama, lipídios liberam mais energia (possuem mais hidrogênio), proteínas vêm em segundo lugar, e carboidratos liberam menos.

O quociente respiratório呼吸商 (QR) compara os gases trocados:
Você pode calcular a RQ a partir de uma equação de respiração. Carboidratos fornecem uma RQ de aproximadamente 1.0, lipídios cerca de 0.7 e proteínas cerca de 0.9.
Exemplo resolvido. Encontre o QR para a respiração aeróbica da glicose: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$.
É por isso que um RQ próximo de $1.0$ sugere que o organismo está respirando carboidrato; um RQ mais baixo (cerca de $0.7$) sugere que está usando lipídio, que requer mais oxigênio por molécula de $\text{CO}_2$.
Um respirometro呼吸计 mede o oxigênio氧气 absorvido por seres vivos, como sementes germinantes萌发种子 ou pequenos invertebrados无脊椎动物, e é usado para determinar seu QR.

Laboratório do quociente respiratório
RQ = CO2 produzido / O2 usado
Alterar o consumo de oxigênio e ver como o QR compara os combustíveis.
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| energy/ˈenədʒi/ | 能量 | néng liàng |
| respirometer/rɪspɪˈrɒmɪtə/ | 呼吸计 | hū xī jì |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | 氧气 | yǎng qì |
| germinate/ˈdʒɜːmɪneɪt/ | 萌发 | méng fā |
| invertebrate/ɪnˈvɜːtɪbreɪt/ | 无脊椎动物 | wú jǐ zhuī dòng wù |
| carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ | 二氧化碳 | èr yǎng huà tàn |
| acetyl/ˈæsɪtaɪl/ | 乙酰基 | yǐ xiān jī |
| coenzyme A/ˌkəʊˈenzaɪm eɪ/ | 辅酶A | fǔ méi A |
| oxaloacetate/ˈɒksələʊsɪteɪt/ | 草酰乙酸 | cǎo xiān yǐ suān |
| citrate/ˈsɪtreɪt/ | 柠檬酸 | níng méng suān |
| decarboxylation/dɪˌkɑːbəksɪˈleɪʃn/ | 脱羧 | tuō suō |
| dehydrogenation/ˌdiːhaɪˈdrɒdʒəneɪʃn/ | 脱氢 | tuō qīng |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | 电子 | diàn zi |
| electron transport chain/ɪˈlektrɒn ˈtrænspɔːt tʃeɪn/ | 电子传递链 | diàn zi chuán dì liàn |
| proton/ˈprəʊtɒn/ | 质子 | zhì zi |
| ATP synthase/ˌeɪ tiː ˈpiː ˈsɪnθeɪs/ | ATP合酶 | hé méi |
| cristae/ˈkrɪstiː/ | 嵴 | jǐ |
| fermentation/fɜːmənˈteɪʃn/ | 发酵 | fā jiào |
| lactate/ˈlækteɪt/ | 乳酸 | rǔ suān |
| yeast/jiːst/ | 酵母 | jiào mǔ |
| ethanol/ˈeθənɒl/ | 乙醇 | yǐ chún |
12.2
Respiração aeróbica: as quatro etapas
Programa
- Afirmar onde cada uma das quatro etapas da respiração aeróbica ocorre em células eucariotas: • glicólise no citoplasma • reação de ligação na matriz mitocondrial • ciclo de Krebs na matriz mitocondrial • fosforilação oxidativa na membrana interna das mitocôndrias
- esboçar glicólise como fosforilação da glicose e subsequente divisão da frutose 1,6-bisfosfato (6C) em duas moléculas de triose fosfato (3C), que são então further oxidadas para piruvato (3C), com a produção de ATP e NAD reduzido
- explicar que, quando oxigênio está disponível, o piruvato entra nas mitocôndrias para participar da reação de ligação
- descrever a reação de ligação, incluindo o papel da coenzima A na transferência de grupos acetila (2C)
- esboçar o ciclo de Krebs, explicando que oxaloacetato (4C) age como receptor do fragmento 2C da coenzima A acetil para formar citrato (6C), que é convertido de volta em oxaloacetato em uma série de pequenas etapas
- explicar que as reações no ciclo de Krebs envolvem descarboxilação e desidratação e a redução das coenzimas NAD e FAD
- descrever o papel do NAD e FAD na transferência de hidrogênio para transportadores na membrana mitocondrial interna
- explicar que durante a fosforilação oxidativa: • átomos de hidrogênio se dividem em prótons e elétrons energéticos • elétrons energéticos liberam energia enquanto passam pela cadeia de transporte de elétrons (detalhes de transportadores não são esperados) • a energia liberada é usada para transferir prótons através da membrana mitocondrial interna • prótons retornam à matriz mitocondrial por difusão facilitada através da ATP sintase, fornecendo energia para a síntese de ATP (detalhes da ATP sintase não são esperados) • oxigênio age como o acceptor final de elétrons para formar água
- descrever a relação entre a estrutura e função das mitocôndrias usando diagramas e micrografias eletrônicas
- esboçar a respiração em condições anaeróbicas em mamíferos (fermentação láctica) e em células de levedura (fermentação etanólica)
- explicar por que o rendimento de energia da respiração em condições aeróbicas é muito maior do que o rendimento de energia da respiração em condições anaeróbicas (uma conta detalhada do rendimento total de ATP da respiração aeróbica da glicose não é esperada)
- explicar como o arroz é adaptado para crescer com suas raízes submersas na água, limitado ao desenvolvimento de parênquima aerênquima em raízes, fermentação etanólica em raízes e crescimento mais rápido de caules
- descrever e realizar investigações usando indicadores redox, incluindo DCPIP e azul de metileno, para determinar os efeitos da temperatura e concentração de substrato na taxa de respiração da levedura
- descrever e realizar investigações usando respirômetros simples para determinar o efeito da temperatura na taxa de respiração
Fonte: Programa Cambridge International
Respiração aeróbica 有氧 respiration (com oxigênio) possui quatro etapas, cada uma ocorrendo em um local específico da célula:
| Etapa | Onde ocorre |
|---|---|
| glicólise 糖酵解 | nenhuma citoplasma 细胞质 |
| reação de ligação 连接反应 | na matriz 基质 das mitocôndrias |
| ciclo de Krebs 克雷布斯循环 | na matriz das mitocôndrias |
| fosforilação oxidativa 氧化磷酸化 | na membrana interna das mitocôndrias |

Glicólise
Glicose 葡萄糖 (6 carbonos) é primeiramente fosforilada, usando 2 ATP, para formar frutose bifosfato (6C). Essa molécula de 6C é dividida em duas moléculas de fosfato de triose (3C cada). Estas são então oxidadas 氧化 a piruvato 丙酮酸 (3C). A glicólise resulta em um ganho líquido de 2 ATP e algum NAD reduzido 还原 (NAD é uma coenzima 辅酶, uma molécula auxiliar).

A reação de ligação
Quando há oxigênio disponível, o piruvato entra nas mitocôndrias. Lá, cada piruvato perde um dióxido de carbono 二氧化碳 e é convertido em um grupo acetila 乙酰基 de 2 carbonos. Esse grupo é carregado por coenzima A 辅酶A para formar acetil-coenzima A. Parte do dióxido de carbono é liberada e o NAD é reduzido.
O ciclo de Krebs
O grupo acetila de 2C une-se a uma molécula de 4 carbonos, oxaloacetato 草酰乙酸, formando uma molécula de 6 carbonos, citrato 柠檬酸. O citrato é então transformado novamente em oxaloacetato em uma série de pequenas etapas, pronto para aceitar o próximo grupo acetila. Durante essas etapas:
- descarboxilação 脱 remove carbono como dióxido de carbono.
- desidratação/desaminação 脱氢 remove hidrogênio, o que reduz as coenzimas NAD e FAD.
Os NAD e FAD reduzidos então transportam o hidrogênio para os transportadores na membrana interna mitocondrial.

Fosforilação oxidativa
Esta etapa produz a maior parte do ATP:
- os átomos de hidrogênio se separam em prótons 质子和 energetico eletrons 电子.
- os elétrons passam pela cadeia de transporte de elétrons 电子传递链, liberando energia à medida que avançam.
- essa energia é usada para bombear prótons através da membrana interna.
- os prótons fluem de volta para a matriz através de um canal chamado ATP sintase ATP合酶. Esse fluxo fornece a energia para produzir ATP (este é quimiosmose).
- oxigênio é o aceitador final de elétrons: ele une-se aos elétrons e prótons para formar água.

A estrutura das mitocôndrias
A membrana interna está dobrada em cristas 嵴, oferecendo uma grande superfície para a cadeia de transporte de elétrons e a ATP sintase. A matriz interna contém as substâncias e auxiliares necessários para a reação de ligação e o ciclo de Krebs.

Glicólise
Passo a passo. A glicose é dividida no citoplasma em duas piruvatos, para um ganho líquido pequeno de ATP e NAD reduzido.
As quatro etapas da respiração
Passe por onde o ATP vem. A glicose é quebrada em etapas; a maior parte do ATP é produzida na última etapa.
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| respiration/ˌrespɪˈreɪʃn/ | 呼吸作用 | hū xī zuò yòng |
| active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ | 主动运输 | zhǔ dòng yùn shū |
| anabolic/ˌænəˈbɒlɪk/ | 合成代谢 | hé chéng dài xiè |
| phosphorylation/ˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ | 磷酸化 | lín suān huà |
| chemiosmosis/ˌkemɪəzˈməʊsɪs/ | 化学渗透 | huà xué shèn tòu |
| mitochondria/ˌmaɪtəˈkɒndrɪə/ | 线粒体 | xiàn lì tǐ |
| respiratory substrate/rɪˈspɪrətəri ˈsʌbstreɪt/ | 呼吸底物 | hū xī dǐ wù |
| respiratory quotient/rɪˈspɪrətəri ˈkwəʊʃənt/ | 呼吸商 | hū xī shāng |
| glycolysis/ɡlaɪˈkɒləsɪs/ | 糖酵解 | táng jiào jiě |
| cytoplasm/ˈsaɪtəplæzəm/ | 细胞质 | xì bāo zhì |
| link reaction/lɪŋk rɪˈækʃn/ | 连接反应 | lián jiē fǎn yìng |
| matrix/ˈmeɪtrɪks/ | 基质 | jī zhì |
| Krebs cycle/krebz ˈsaɪkl/ | 克雷布斯循环 | kè léi bù sī xún huán |
| oxidative phosphorylation/ˈɒksɪdətɪv ˌfɒsfɔːrɪˈleɪʃn/ | 氧化磷酸化 | yǎng huà lín suān huà |
| glucose/ˈɡluːkəʊs/ | 葡萄糖 | pú táo táng |
| oxidise/ˈɒksɪdaɪz/ | 氧化 | yǎng huà |
| pyruvate/ˈpaɪruːveɪt/ | 丙酮酸 | bǐng tóng suān |
| reduce/rɪˈdjuːs/ | 还原 | huán yuán |
| coenzyme/ˌkəʊˈenzaɪm/ | 辅酶 | fǔ méi |
12.2
Respiração anaeróbica
Quando não há oxigênio, apenas a glicólise pode ocorrer. Para manter a glicólise funcionando, a célula deve consumir o NAD reduzido. Isso acontece por meio da fermentação 发酵:
- em mamíferos, o piruvato é convertido em lactato 乳酸 (fermentação láctica). O lactato é posteriormente degradado quando o oxigênio retorna.
- em levedura 酵母, o piruvato é convertido em etanol 乙醇 e dióxido de carbono (fermentação etanólica).

Respiração anaeróbica 无氧 produces muito menos energia do que a respiração aeróbica. A respiração aeróbica também executa o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa, que liberam muito mais ATP, enquanto a respiração anaeróbica obtém apenas a pequena quantidade da glicólise.
Por que a fermentação importa
Passo a passo. Sem oxigênio, a fermentação regenera o NAD para que a glicólise possa continuar produzindo um pouco de ATP.
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| aerobic/eəˈrəʊbɪk/ | 有氧 | yǒu yǎng |
| anaerobic/ˌæneəˈrəʊbɪk/ | 无氧 | wú yǎng |
12.2
Arroz e raízes encharcadas
O arroz pode crescer com suas raízes debaixo d'água, onde há pouco oxigênio. Ele é adaptado de três maneiras: desenvolve aerenquima 通气组织 (espaços preenchidos com ar) nas raízes para conduzir ar para baixo; as raízes usam fermentação etanólica para continuar produzindo algum ATP; e os caules crescem mais rápido para alcançar o ar acima da água.

| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| aerenchyma/ˈeərəntʃɪmə/ | 通气组织 | tōng qì zǔ zhī |
| indicator/ˈɪndɪkeɪtə/ | 指示剂 | zhǐ shì jì |
12.2
Investigando a taxa de respiração
Um indicador 指示剂 redox como DCPIP ou azul de metileno perde sua cor quando ganha hidrogênio de células respirando. Quanto mais rápido a cor for perdida, mais rápida é a respiração da levedura, permitindo testar o efeito da temperatura ou da concentração de substrato. Um respirometro também pode ser usado para medir como mudanças de temperatura afetam a taxa de consumo de oxigênio.
12.2
Dicas de prova
- Indique onde cada etapa ocorre e seu rendimento de ATP: glicólise (citoplasma), reação de ligação + Krebs (matriz), fosforilação oxidativa (membrana interna, maior produção de ATP).
- Explique os papéis do NAD/FAD (transportam hidrogênio para a cadeia de transporte de elétrons) e do oxigênio (aceitador final de elétrons).
- RQ $=$ CO2 produzido $\div$ O2 consumido ($\approx 1.0$ carboidrato, $0.7$ lipídio); saiba como um respirometro mede isso.
- A respiração anaeróbica produz lactato (animais) ou etanol + CO2 (levedura/plantas) e muito menos ATP (apenas glicólise).
Aulas interativas sobre este tópico
Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.