Respiração celular

Respiração celular é um processo pelo qual os organismos obtêm energia para realizar as mais diversas atividades. A respiração celular ocorre nas mitocôndrias, em presença de oxigênio, e é divida em três etapas: a glicólise, o ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs) e a fosforilação oxidativa. A seguir, detalharemos como ela ocorre, suas etapas e importância.

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O que é respiração celular ?

Respiração celular é o processo pelo qual os organismos obtêm energia para realizar as mais diversas atividades. Esse procedimento pode ocorrer tanto na presença de oxigênio, sendo aeróbio, quanto em sua ausência, anaeróbio. No entanto, tal termo é normalmente utilizado para referir-se ao processo aeróbio, como faremos também aqui.

Na respiração celular, a obtenção de energia ocorre com a oxidação de uma molécula orgânica, geralmente a glicose, liberando energia. Parte dessa energia é armazenada na forma de moléculas de ATP (adenosina trifosfato), e parte é liberada na forma de calor.

Esse processo pode ser dividido em três etapas: a glicólise, o ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs) e a fosforilação oxidativa. Em geral, o termo respiração celular é utilizado pelos bioquímicos para representar as fases dois e três, etapas que ocorrem nas mitocôndrias.

Entretanto, a glicólise acaba sendo incluída por muitos autores devido a sua importância na produção de matéria-prima para a próxima etapa. Podemos representar o processo de respiração celular por meio da fórmula geral apresentada a seguir:

C₆H₁₂O_6(glicose) + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energia (ATP + calor)

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Respiração celular e fotossíntese

A respiração celular e a fotossíntese são processos diferentes, mas interligados. Na respiração celular, ocorre a liberação de energia para ser utilizada pelo organismo, no entanto, essa energia é produzida por outro processo, a fotossíntese.

A fotossíntese produz moléculas orgânicas nos organismos produtores fotossintetizantes, como plantas e algas. Assim, os organismos heterotróficos, como os animais, obtêm essas moléculas por meio da alimentação, seja alimentando-se de organismos produtores, seja de outros heterotróficos.

Na fotossíntese, os organismos produtores captam a energia luminosa através de moléculas denominadas cloroplastos. Em seguida, essa energia é convertida em energia química e utilizada para a síntese de compostos orgânicos, como as moléculas de glicose. Essa energia química fica armazenada nessas moléculas e é liberada durante o processo de respiração celular.

Além disso, a fotossíntese também apresenta como produto final oxigênio, que também será utilizado na respiração celular, um processo aeróbio. Já a respiração celular apresenta como produto final gás carbônico e água, que serão utilizados pelos organismos produtores para a realização da fotossíntese.

O processo de fotossíntese pode ser resumido na equação apresentada no quadro a seguir. No entanto, é importante destacar que as primeiras moléculas produzidas são de açúcares mais simples, com apenas três átomos de carbono

6 CO₂ + 12 H₂O + energia luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

Saiba mais: Teoria endossimbiótica: a origem dos cloroplastos, responsáveis pela fotossíntese

Etapas da respiração celular

A respiração celular é um processo que pode ser dividido em três etapas. Vamos conferir quais são elas.

• Glicólise

Embora a respiração celular seja considerada um processo que ocorre na presença de oxigênio, este não é essencial para essa etapa, assim a glicólise pode ocorrer tanto na presença quanto na ausência desse elemento. Na glicólise ocorre a degradação da molécula de glicose, com seis carbonos, em duas moléculas contendo três carbonos cada uma, o piruvato. Essa etapa ocorre no citosol das células.

A glicólise consiste em 10 reações que ocorrem em duas etapas. Na primeira, denominada fase de ativação, ocorre a fosforilação da glicose, que, ao receber fosfato proveniente de duas moléculas de ATP, torna-se quimicamente ativa. Nessa fase há gasto de energia.

Na segunda etapa, a fase de rendimento, ocorre a oxidação da glicose. A energia liberada nesse processo é utilizada para a produção de quatro moléculas de ATP. Os elétrons liberados na oxidação da glicose levam à redução de NAD⁺ (dinucleotídeo nicotinamida-adenina) em NADH.

• Ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs)

Na presença de oxigênio, as moléculas de piruvato entram nas mitocôndrias, a partir daí, passam por três etapas para a formação de um novo composto, o acetil coenzima-A (acetil-CoA). Na primeira etapa, ocorre a remoção e a liberação do grupo carboxila do piruvato na forma de CO₂.

Na segunda etapa, ocorre a formação de acetato e os elétrons liberados ligam-se ao NAD⁺, ficando armazenados na forma de energia em NADH. Na terceira fase, o acetato liga-se à coenzima A, composto derivado da vitamina B, formando o acetil coenzima-A (acetil-CoA).

Em seguida, inicia-se o ciclo do ácido cítrico, também conhecido por ciclo de Krebs. Aqui ocorre a oxidação completa da glicose por meio de oito etapas. O acetil-CoA reage com o oxaloacetato, um ácido constituído por quatro carbonos, formando o citrato, uma forma oxidada do ácido cítrico constituída por seis carbonos.

A seguir ocorrerão reações que levarão à degradação do citrato, dois dos seis carbonos são removidos e oxidados a CO₂, formando novamente oxaloacetato. O oxaloacetato reagirá com outro acetil-CoA, iniciando novamente o ciclo.

Para cada acetil-CoA, 3 NAD⁺ são reduzidos a NADH. Os elétrons são transferidos ao FAD (dinucleótidio de flavina-adenina), formando FADH₂. Nessa etapa, em diversas células animais, é formado GTP (trifosfato de guanosina) por fosforilação, uma molécula semelhante em estrutura e ação ao ATP e que pode ser também utilizada para a produção de ATP.J á algumas células animais, as células vegetais e bactérias formam moléculas de ATP por fosforilação. O saldo final desse ciclo, como cada glicose produz dois acetil-CoA, é: 6 NADH, 2 FADH₂ e 2 ATP.

• Fosforilação oxidativa

Nessa etapa, as moléculas NADH e FADH₂, transportadoras de elétrons produzidas no ciclo de ácido cítrico, doarão elétrons para a cadeia de transporte de elétrons ou cadeia respiratória. Na cadeia, a transferência de elétrons acontece através de uma série de transportadores, como algumas proteínas, por exemplo, os citocromos. Esses elétrons vão perdendo energia em cada etapa da cadeia, sendo captados pelo oxigênio, aceptor final, reduzindo-os a H₂0.

O transporte de elétrons pela cadeia na membrana interna da mitocôndria também leva a um transporte ativo de prótons na cadeia. Esses irão retornar à matriz da mitocôndria e, simultaneamente, por meio da fosforilação oxidativa do ADP, será formado ATP. Essa etapa é denominada quimiosmose. Ao final de todo o processo de respiração celular, terão sido produzidos, no máximo, 32 ATP.

Diferença entre respiração celular e fermentação

Respiração celular e fermentação são processos realizados para obtenção de energia, no entanto, ambos apresentam algumas diferenças.