Respiração Celular
Autor: Ana Paula | Publicado: 2012-02-29T16:03:00-08:00


Respiração aeróbica


Os processos fermentativos levam a formação de moléculas  orgânicas
 pequenas, mas ainda capazes de liberar energia. Por exemplo, o álcool  
etílico, um dos produtos da fermentação da glicose, contêm quantidades 
razoáveis  de energia liberáveis, tanto que é utilizado como 
combustível.

              

                
A respiração aeróbia consiste 
em levar a diante o processo  de degradação das moléculas orgânicas, 
reduzindo-as as moléculas praticamente  sem energia liberável. Os 
produtos da degradação inicial da molécula orgânica  são combinados com o
 oxigênio do ar e transformados em gás carbônico e água.

              





O rendimento energético da respiração aeróbica

O processo de respiração aeróbica, é muito mais eficiente  que a da fermentação: para cada molécula de glicose degradada, são produzida na  respiração, 38 moléculas de ATP, a partir de 38 moléculas de ADP e 38 grupos de  fosfatos.
 Na fermentação, apenas duas moléculas de ATP são produzidas para cada  
molécula de glicose utilizada. A eficiência da respiração em termos 
energéticos  é, portanto, dezenove vezes maior do que a da fermentação.

A respiração aeróbica é um processo muito mais 
complexo que  a fermentação. São necessários cerca de 60 passos 
metabólicos a mais, além dos  nove que compõe a glicólise, para que uma 
molécula de glicose seja totalmente  degradada a CO2 e H2O, em presença de O2. 



Etapas da respiração aeróbica

A degradação da glicose na respiração celular se dá em três  etapas fundamentais: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.
 A glicólise  ocorre no hialoplasma da célula, enquanto o ciclo de Krebs
 e a cadeia  respiratória ocorrem no interior das mitocôndrias. 



Glicólise

Como já vimos, a glicólise consiste na 
transformação de uma  molécula de glicose, ao longo de várias etapas, em
 duas moléculas de ácido  pirúvico.
Nesse processo são liberados quatro hidrogênios, que se  combinam 
dois a dois, com moléculas de uma substância celular capaz de  
recebê-los: o NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídio). Ao receber os  hidrogênios, cada molécula de NAD se transforma em NADH2. Durante o processo, é  liberada energia suficiente para a síntese de 2 ATP.







Ciclo do Ácido Cítrico ou de Krebs


Oxidação do Ácido Pirúvico


As moléculas de ácido pirúvico resultantes da degradação da  
glicose penetram no interior das mitocôndrias, onde ocorrerá a 
respiração  propriamente dita. Cada ácido pirúvico reage com uma 
molécula da substância  conhecida como coenzima A, originando três tipos de produtos: acetil-coenzima  A, gás carbônico e hidrogênios. 

O CO2 é liberado e os hidrogênios são capturados por uma  molécula de NADH2 formadas nessa reação. Estas participarão, como veremos mais tarde,  da cadeia respiratória.

Em seguida, cada molécula de acetil-CoA reage com uma  molécula de 
ácido oxalacético, resultando em  citrato (ácido cítrico) e coenzima A, 
 conforme mostra a equação abaixo:

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;1 acetil-CoA + 1 ácido oxalacético  &nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;  1 ácido cítrico + 1  CoA
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(2 carbonos)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;  (4 carbonos)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(6  carbonos)

Analisando a participação da coenzima A na reação 
acima,  vemos que ela reaparece intacta no final. Tudo se passa, 
portanto, como se a  CoA tivesse contribuído para anexar um grupo acetil
 ao ácido oxalacético,  sintetizando o ácido cítrico.
Cada ácido cítrico passará, em seguida, por uma via  metabólica cíclica, denominada ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs,  durante o qual se transforma sucessivamente em outros compostos.







Analisando em conjunto as reações do ciclo de Krebs, 
 percebemos que tudo se passa como se as porções correspondentes ao 
grupo acetil,  anteriormente transferidas pela CoA, fossem expelidas de 
cada citrato, na  forma de duas moléculas de CO2 e quatro hidrogênios. Um citrato, sem os  átomos expelidos, transforma-se novamente em ácido oxalacético.

Os oito hidrogênios liberados no ciclo de 
Krebs reagem com  duas substâncias aceptoras de hidrogênio, o NAD e o 
FAD, que os conduzirão até  as cadeias respiratórias, onde fornecerão 
energia para a síntese de ATP. No  próprio ciclo ocorre, para cada 
acetil que reage, a formação de uma molécula de  ATP. 









Cadeia respiratória e liberação de energia



O destino dos hidrogênios liberados
 na glicólise e no ciclo  de Krebs é um ponto crucial no processo de 
obtenção de energia na respiração  aeróbica. 

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;

Como vimos, foram liberados quatro hidrogênios durante a glicólise,  que foram capturados por duas moléculas de NADH2. Na reação de cada ácido  pirúvico com a coenzima A formam-se mais duas moléculas de NADH2. No ciclo de  Krebs, dos oito hidrogênios liberados, seis se combinam com três moléculas de  NAD, formando três moléculas de NADH2, e dois se combinam com um outro aceptor,  o FAD, formando uma molécula de FADH2.

Através de sofisticados métodos de rastreamento de
  substâncias, os bioquímicos demonstraram que os hidrogênios liberados 
na  degradação das moléculas orgânicas e capturados pelos aceptores 
acabam por se  combinar com átomos de oxigênio provenientes do O2 atmosférico. Dessa  combinação resultam moléculas de água.

Antes de reagirem como o O2, porém, os 
hidrogênios,  percorrem uma longa e complexa trajetória, na qual se 
combinam sucessivamente  com diversas substâncias aceptoras 
intermediárias. Ao final dessa trajetória,  os hidrogênios se encontram 
seus parceiros definitivos, os átomos de oxigênio  do O2. Esse conjunto de substâncias transportadoras de hidrogênio constitui a  cadeia respiratória.













Se os hidrogênios liberados na degradação das moléculas  orgânicas se combinassem direta e imediatamente com o O2,
 haveria  desprendidamente de enorme quantidade de energia em forma de 
calor, impossível  de ser utilizada. Para contornar esse problema, as 
células utilizam um  mecanismo bioquímico que permite a liberação 
gradual de energia. Tudo se passa  como os hidrogênios descessem uma 
escada, perdendo energia a cada degrau.  Liberada em pequenas 
quantidades, a energia pode ser, então, utilizada na  síntese de 
moléculas de ATP, a partir de ADP e fosfatos.



Aceptores de hidrogênio da cadeia respiratória

As moléculas de NAD, de FAD e de citocromos
 que participam  da cadeia respiratória captam hidrogênios e os 
transferem, através de reações  que liberam energia, para um aceptor 
seguinte. Os aceptores de hidrogênio que  fazem parte da cadeia 
respiratória estão dispostos em sequência na parede  interna da 
mitocôndria.

O ultimo aceptor de hidrogênios na cadeia respiratória é a  formação de moléculas de ATP, processo chamado de fosforilação oxidativa. Cada  molécula de NADH2
 que inicia a cadeia respiratória leva à formação de três  moléculas de 
ATP a partir de três moléculas de ADP e três grupos fosfatos como  pode 
ser visto na equação a seguir:

1 NADH2 + ½ O2 + 3 ADP + 3P&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp; 1 H2O + 3 ATP + 1 NAD



Já a FADH2 formado no ciclo de Krebs leva à formação de  apenas 2 ATP.

1 FADH2 + ½ O2 + 2 ADP + 2P&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp; 1 H2O + 2 ATP + 1 FAD