Em que tipo de ambiente deve ser mais provável encontrar organismos que realizam fermentação por que

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A hipótese heterotrófica é uma das hipóteses que buscam explicar a forma de nutrição dos primeiros organismos vivos que surgiram na Terra. Como o nome indica, essa hipótese afirma que os primeiros seres vivos apresentavam uma nutrição heterotrófica, ou seja, eles eram incapazes de produzir seu próprio alimento, absorvendo matéria orgânica presente no meio.

Esses organismos, após a captação da matéria orgânica, realizavam fermentação para garantir a produção de energia necessária para a realização de suas atividades. Uma crítica à hipótese heterotrófica é a de que, na Terra primitiva, a quantidade de matéria orgânica disponível poderia ser pequena para sustentar esses seres vivos em formação.

Leia também: O que é autotrófico e heterotrófico?

A hipótese heterotrófica

A hipótese heterotrófica afirma que os primeiros organismos vivos apresentavam uma nutrição heterotrófica, ou seja, eles não eram capazes de sintetizar seu próprio alimento. Esses seres, provavelmente, alimentavam-se pela absorção de moléculas orgânicas simples que estavam disponíveis nos oceanos primitivos.

Para garantir a produção de energia, os primeiros seres vivos, provavelmente, realizavam um processo de fermentação. Isso deve ao fato de que a respiração aeróbia, feita pela maioria dos seres vivos atuais, não seria possível em um ambiente com baixa concentração de oxigênio. Além disso, nesse tipo de respiração, uma série de reações químicas ocorrem, sendo necessário uma grande quantidade de enzimas e uma maior complexidade desses organismos.

No processo de fermentação, o organismo é capaz de produzir energia na ausência de oxigênio, o que seria ideal devido às condições por ele enfrentadas. Esse processo apresenta duas etapas básicas: a glicólise (quebra da molécula de glicose) e a redução do piruvato.

Com base no piruvato, diferentes produtos finais podem ser formados, destacando-se o álcool e o lactato. Na fermentação alcoólica, o piruvato é convertido em álcool etílico e há a liberação de gás carbônico, enquanto, na fermentação lática, o piruvato é reduzido para formar lactato, sem liberação de gás carbônico.

À medida que o tempo passou, as condições ambientais no planeta modificaram-se. A quantidade de moléculas orgânicas disponíveis no meio ambiente reduziu-se, diminuindo a quantidade de alimento disponível. Surgiram nesse cenário organismos capazes de sintetizar seu próprio alimento, utilizando-se da luz solar e do gás carbônico disponível no ambiente. Esses organismos eram, portanto, fotossintetizantes.

Com a atividade dos organismos fotossintetizantes, uma maior quantidade de oxigênio foi liberada no ambiente. Esse oxigênio disponível passou a ser utilizado, por alguns seres, no processo de respiração aeróbia, que garante uma maior produção de energia do que aquela conseguida pela fermentação.

Leia também: Respiração celular e suas três etapas principais

Os defensores da hipótese heterotrófica afirmam que os primeiros seres vivos eram muito simples, não apresentando aparato suficiente para produzirem seu próprio alimento, sendo necessária a absorção de matéria orgânica do meio.

Entretanto, os opositores a essa teoria afirmam que na Terra primitiva, provavelmente, não existiam quantidades suficientes de matéria orgânica para que esses organismos conseguissem sobreviver e aumentar sua população. Desse modo, os críticos afirmam que o mais provável é que os primeiros seres vivos fossem autotróficos e obtivessem seu alimento por meio da quimiossíntese.

Leia mais: Hipótese autotrófica – defende que os primeiros seres vivos produziam seu próprio alimento

Origem da vida

A hipótese heterotrófica tenta explicar como os primeiros seres vivos conseguiam obter nutrientes necessários para o seu desenvolvimento. Ela não explica, portanto, como eles surgiram no planeta. Para explicar esse evento, uma série de hipóteses foram criadas.

Delas a mais aceita pela comunidade científica é a hipótese de Oparin e Haldane. De acordo com ela, a vida surgiu devido à ação de descargas elétricas e raios ultravioletas do Sol que atuavam em substâncias presentes na atmosfera, provocando a ocorrência de reações químicas.

Essas reações levaram à formação de moléculas orgânicas simples, as quais se depositavam nos oceanos primitivos e, posteriormente, deram origem a moléculas complexas, que sofreram modificações, até que houve a formação do primeiro ser vivo.

Além da hipótese de Oparin e Haldane, outra hipótese bastante discutida é a da panspermia, que afirma que partículas da vida chegaram ao planeta vindas do espaço. Não podemos esquecer-nos de citar o criacionismo, que defende que todos os seres vivos são obra de uma criação divina. Quer saber mais sobre essa questão tão instigante? Leia nosso texto: Origem da vida.

Por Vanessa Sardinha dos Santos
Professora de Biologia

Depois de muitas experiências feitas por vários cientistas, Louis Pasteur finalmente conseguiu provar a Teoria da biogênese, na qual a vida se origina de outra preexistente. Com a aceitação da biogênese, outra questão passou a atormentar os cientistas da época: “Se os seres vivos se originam de outro preexistente, como se originou o primeiro ser vivo?”.

Embora não tenhamos um retrato exato dos seres vivos mais primitivos, podemos imaginar que eles eram microscópicos, envoltos por uma membrana e que em seu interior ocorriam diversas reações químicas que eram ordenadas e controladas por informações genéticas. Essas reações transformavam o alimento, do qual esses seres vivos se alimentavam, em componentes do seu corpo, o que lhes permitiam crescer e se reproduzir. Mas você deve estar se perguntando: do que esses seres vivos se alimentavam? Por essa também ser uma questão que divide a opinião dos cientistas, duas hipóteses são aceitas, a hipótese heterotrófica e a hipótese autotrófica.

Hipótese heterotrófica

Como dissemos anteriormente, acredita-se que os seres vivos primitivos eram muito simples, assim como as reações químicas de suas células. Por esse motivo, cientistas acreditam que esses organismos apresentavam nutrição sapróbia, isto é, conseguiam seu alimento pela absorção de moléculas orgânicas simples dos mares primitivos, pois a produção do próprio alimento envolve a capacidade de produzir substâncias, o que esses organismos não apresentavam.

Nessa atmosfera primitiva não havia oxigênio, e, por isso, esses organismos primitivos deviam retirar a energia das moléculas de alimento através de mecanismos mais simples que a fermentação, que é realizada atualmente por alguns fungos e bactérias. Com a grande oferta de alimento, esses organismos obtinham energia e conseguiam se reproduzir, mas, com o passar do tempo, o alimento tornou-se escasso para o número de organismos. Dessa forma, teria se iniciado uma competição, levando à morte de muitos organismos. Segundo os defensores dessa hipótese, nessa época, alguns organismos vivos já teriam evoluído a tal ponto que já conseguiam captar a energia luminosa do Sol e empregá-la para produzir moléculas orgânicas usadas como alimento.

Hipótese autotrófica

Os defensores dessa hipótese acreditam que na Terra primitiva não havia quantidade suficiente de matéria orgânica para sustentar a multiplicação dos primeiros seres vivos até o aparecimento da fotossíntese. Eles defendem também que os seres vivos surgiram em locais mais protegidos, como o assoalho dos mares primitivos, já que a superfície terrestre era muito instável. Segundo esses cientistas, os primeiros organismos vivos eram quimiolitoautotróficos, ou seja, produziam seu alimento a partir da energia liberada por reações químicas entre componentes inorgânicos, como o enxofre e compostos de ferro.

Essa possibilidade consolidou-se após a descoberta de vida nas fontes termais submarinas, que se encontram no fundo dos oceanos. Muitas bactérias que vivem nesses locais são autótrofas, mas realizam um processo diferente da fotossíntese.

De acordo com essa hipótese, a partir dos primeiros seres quimiolitoautotróficos surgiramos seres que realizam a fermentação, depois os seres fotossintetizantes, e por fim os seres aeróbicos (que realizam a respiração).

Por Paula Louredo

Graduada em Biologia

Os organismos anaeróbicos, isto é, que não utilizam o gás oxigênio na produção de energia, realizam um processo chamado Fermentação. Esses organismos podem ser anaeróbicos estritos ou anaeróbicos facultativos. O Estratégia Vestibulares traz para você todas as informações sobre este processo!

O que é Fermentação?

Os organismos anaeróbicos estritos não sobrevivem em ambientes com a presença de oxigênio. Um exemplo é o bacilo do tétano (bactéria Clostridium tetani).

Por sua vez, os organismos anaeróbicos facultativos podem realizar fermentação na ausência de oxigênio no meio, porém realizam também a respiração celular aeróbia (como o fungo Saccharomyces cerevisae, que fermenta a cerveja e o pão).

Como vimos, a glicólise consiste em uma sequência de reações enzimáticas na qual uma molécula de glicose (6C) é convertida em duas moléculas de piruvato (3C), com a produção de ATP e NADH. Quando o oxigênio não está presente, a glicólise é a fonte principal de energia para as células.

Mas para que a produção de energia continue ocorrendo na via glicolítica, é necessário que o NADH produzido seja reoxidado pelas vias de fermentação, permitindo a produção de uma pequena quantidade de energia química na forma de ATP e liberando elétrons.

Assim, após a produção do piruvato na glicólise e na ausência de oxigênio, duas são as possibilidades: as moléculas de piruvato são convertidas em lactato ou etanol, dependendo do organismo.

Como nessas conversões não há produção de ATP, o salto energético dos processos de fermentação é de apenas 2 ATP produzidos na glicólise, muito menor que na respiração celular.

Veja o esquema abaixo:

A fermentação, portanto, é um processo anaeróbico de síntese de ATP que não envolve a cadeia respiratória e tem como aceptor final de hidrogênios um composto orgânico, ou seja, é um processo realizado por organismo com o objetivo de obter energia. Este, é realizado por algumas bactérias, protistas e fungos.

Ela ocorre no citosol da célula e é realizada por seres anaeróbicos, mas também pode ser uma alternativa de energia para os organismos aeróbicos em situações nas quais o gás oxigênio está ausente ou em níveis reduzidos (hipóxia).

Os organismos primitivos se originaram em um mundo cuja atmosfera carecia de O2 e, por isso, a glicólise é considerada o mecanismo biológico mais primitivo para a obtenção de energia a partir de macromoléculas presentes em todas as formas de vida atuais.

Isso porque, no curso da evolução, a química dessa sequência de reações foi completamente conservada. As enzimas glicolíticas dos vertebrados são intimamente similares (na sequência de aminoácidos e na estrutura tridimensional), às enzimas presentes nas leveduras.

A glicólise difere entre as espécies apenas em detalhes de sua regulação e no destino metabólico do piruvato formado.

Fermentação lática

Na fermentação lática, o piruvato é transformado em lactato (ou ácido lático). Os NADH formados na glicólise são reoxidados, perdendo elétrons e originando NAD+. Essa perda de elétrons fornece energia para a transformação do piruvato em lactato. O NAD+ é o aceptor final dos íons hidrogênios.

Assim, a equação simplificada da fermentação lática pode ser representada da seguinte maneira:

Algumas bactérias, protozoários e fungos realizam a fermentação lática. Mas o exemplo mais comum que temos são as nossas células musculares. A atividade física demanda alto consumo de energia, e a respiração celular é quem produz toda a energia necessária para sua realização.

Contudo, quando prolongamos demais o tempo do exercício ou quando ele é muito intenso, o oxigênio disponível nas células pode ser insuficiente para a respiração celular e, com isso, as células degradam anaerobicamente a glicose em ácido lático.

Esse processo gera um acúmulo de ácido lático nas células musculares, que, em excesso, causa dores e incômodo. Somente quando o esforço físico acaba que o ácido lático é transformado de volta em piruvato e degradado normalmente na respiração celular.

Dentre as bactérias, as mais comuns na realização da fermentação lática são as do gênero Lactobacillus. Elas são utilizadas na fabricação de coalhadas, iogurtes e queijos.

Fermentação alcoólica

Na fermentação alcoólica, assim como na lática, a glicólise acontece normalmente. Porém o piruvato sofre uma descarboxilação (perde uma molécula de CO2) e forma um composto com dois carbonos chamado acetaldeído.

As duas moléculas de NADH formadas na glicólise são reoxidadas, perdendo elétrons e originando dois NAD+. O acetaldeído, então, sofre redução (isto é, recebe os elétrons perdidos pelo NADH) pela enzima álcool desidrogenase e origina o etanol (ou álcool etílico).

A equação simplificada da fermentação alcoólica pode ser representada como:

A fermentação alcoólica ocorre em algumas bactérias e leveduras, entre elas a Saccharomyces cerevisae, amplamente utilizada na produção de bebidas alcoólicas e na panificação. Neste último caso, durante o cozimento o álcool volatiliza-se e o CO2 produzido fica armazenado no interior da massa, fazendo-a crescer.

Observação: no processo da fermentação alcoólica, o nome do açúcar precursor também é conhecido como mosto.

Fermentação acética

Temos ainda a fermentação acética, que corresponde à transformação do álcool em ácido acético, vulgarmente conhecido como vinagre. A fermentação do etanol é realizada pelas bactérias acéticas que pertencem à família Pseudomonodaceae. O vinagre é produzido a partir desta reação química: C2H5OH (etanol) + O2 → H4C2O2 (ácido acético) + 2 H2O.

Questão comentada

FUVEST 2018

A levedura Saccharomyces cerevisiae pode obter energia na ausência de oxigênio, de acordo com a equação

C6H12O6 → 2 CO2 + 2 CH3CH2OH + 2 ATP

Produtos desse processo são utilizados na indústria de alimentos e bebidas. Esse processo ocorre _____________ da levedura e seus produtos são utilizados na produção de _____________.

As lacunas dessa frase devem ser preenchidas por:

a) nas mitocôndrias; cerveja e vinagre.b) nas mitocôndrias; cerveja e pão.c) no citosol; cerveja e pão.d) no citosol; iogurte e vinagre.

e) no citosol e nas mitocôndrias; cerveja e iogurte.

Comentários

Olha só que questão molezinha! O enunciado já começa falando sobre a levedura Saccharomyces cerevisae, aquele fungo que é utilizado no processo de fermentação de bebidas alcoólicas e na panificação. Se estamos falando de fermentação, o processo de obtenção de energia só pode ser anaeróbico.

Os organismos heterotróficos obtêm energia a partir da degradação de moléculas orgânicas obtidas do meio, em um processo chamado glicólise. A glicólise acontece no interior celular, no citosol. Lembre-se do quadro a seguir, pois ele é muito importante para “matar” várias questões:

Agora, vamos analisar as alternativas:

A alternativa A está errada, porque a fermentação ocorre no citosol das células. No caso dos organismos anaeróbicos facultativos (como a S. cerevisae), caso houvesse oxigênio no meio eles prosseguiriam para as demais etapas da respiração celular (que ocorrem na mitocôndria). Na ausência deste elemento, eles prosseguem transformando o produto da glicólise (piruvato) em etanol, realizando a fermentação alcoólica. Ainda, a fermentação alcoólica é o processo utilizado por essa levedura na fermentação de pães e bebidas. Já a produção de vinagre se dá por outro processo fermentativo, chamado fermentação acética.

A alternativa B está errada, porque o processo ocorre no citosol das células e não nas mitocôndrias.

A alternativa C está certa e é o nosso gabarito. O etanol produzido na fermentação da cevada está presente na cerveja e o dióxido de carbono liberado na fermentação promove o crescimento do pão.

A alternativa D está errada, porque a fermentação alcoólica é utilizada para a fermentação de bebidas alcoólicas, pães e como combustível. A fermentação lática é que é responsável pela produção de iogurte e outros produtos lácteos. A fermentação acética, como já foi dito, corresponde à transformação do álcool em ácido, conferindo o gosto característico de vinagre.

A alternativa E está errada, porque este processo não ocorre nas mitocôndrias e a fermentação alcoólica não produz iogurte.

Gabarito: C.

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