Origem da Respiração Aeróbia: A respiração celular


Para a realização de seus trabalhos, as células utilizam da energia contida nas ligações químicas dos nutrientes, principalmente a glicose, obtida na fotossíntese. Para tanto, os seres vivos desenvolveram mecanismos complexos químicos de degradação da glicose, aos quais chamamos de maneira genérica de respiração. Na verdade, a respiração pode ser de dois tipos. A fotossíntese é fundamental, pois é através desse processo que a energia solar é transformada em energia química, o que acaba permitindo o seu armazenamento em moléculas orgânicas, ou seja, carboidratos, para que sejam utilizadas posteriormente.

A primeira delas é a respiração anaeróbica, que também recebe o nome de fermentação, que ocorre sem a participação do oxigênio. Já a respiração aeróbica, utiliza o oxigênio em seu processo.

A respiração celular

A respiração aeróbia pode ser representada pela equação simplificada abaixo:

C6H12O6 + 6O2——-à6CO2 + 6H2O

Observe que a glicose é degradada aos constituintes utilizados na sua elaboração, durante a fotossíntese, o que implica então na liberação de toda a energia obtida durante a sua síntese. A liberação de toda essa energia não pode ser repentina, pois implicaria em excesso de calor, desnaturando enzima, inviabilizando a vida da célula. A respiração aeróbia ocorre então em três etapas: a glicólise, que ocorre principalmente no hialoplasma da célula e o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória de elétrons, que ocorrem o interior das mitocôndrias.

A glicólise ocorre totalmente no hialoplasma e consiste basicamente, na degradação da molécula de glicose em duas moléculas de três carbonos, denominadas ácidos pirúvicos. Nesse processo, ocorre a liberação de energia para a formação de moléculas de ATP e a liberação de átomos de hidrogênio energizados, que serão captados por moléculas de NAD.

A glicólise começa com a ativação da molécula de glicose, que recebe um fosfato proveniente de uma molécula de ATP formando a Glicose-6-fosfato. A ligação química entre a glicose e o fosfato é energética.

A glicose-6-fosfato é enzimaticamente transformada em um isômero, a Frutose-6-fosfato.Ela, recebe mais um fosfato, proveniente de outra molécula de ATP, passando a ser uma molécula ainda mais energética denominada Frutose-1,6-disfofato. Esta por sua vez, é quebrada em duas moléculas de três carbonos, denominadas Gliceraldeidos-fosfato, que em seguida perde átomos de hidrogênio, que são capturados através das moléculas de NAD que se transformam em NADH, e além disso, recebe um fosfato inorgânico, passando a ser o ácido difosfoglicérico.

O ácido difosfoglicérico perde fosfato que é utilizado para converter uma molécula de ADP em uma molécula de ATP e se transforma em ácido fosfoglicérico. Este, acaba perdendo uma molécula de água e se converte em ácido fosfoenopirúvico, que em seguida perde um fosfato, que é utilizado para a formação de mais um ATP, transformando-se em ácido pirúvico.

Ao final da glicólise, para cada glicose que iniciou o processo temos duas moléculas de ácido pirúvico, duas moléculas de NADH e quatro moléculas de ATP formadas, com um gasto de duas moléculas de ATP.

No clico de Krebs, os ácidos pirúvicos provenientes da glicólise penetram nas mitocôndrias, onde cada um deles perde hidrogênios, uma molécula de CO2 e se liga a uma molécula de coenzima A, existente na mitocôndria, formando um composto de dois carbonos, chamado Acetil-coA. Cada uma dessas moléculas formada, reage com uma molécula de 4 carbonos, existente de cada mitocôndria, resultando em um ácido cítrico com 6 carbonos e liberando a coenzima A intacta. O ácido cítrico formado passará por uma sequência metabólica denominada ciclo de Krebs, que resultará em vários outros compostos, ocorrendo desidrogenação, ou seja, a liberação de hidrogênios, e a descarboxilação, a liberação de CO2. Toda retirada de CO2, é catalisada por enzimas denominadas genericamente de descarboxilases. Toda retirada de hidrogênios é catalisada por desidrogenases. Os hidrogênios liberados nesse ciclo vão sendo capturados por moléculas de NAD9 ou FDA10, enquanto o CO2 vai sendo liberado. No fim do ciclo, o ácido oxalacético de 4 carbonos se regenera, não sendo, portanto, consumido no processo.

A cada volta do ciclo, ou seja, para cada molécula de ácido pirúvico que entra na mitocôndria teremos a formação de 3NADH2, um FADH2 e 1 ATP.

A cadeia respiratória

Na cadeia respiratória, os elétrons dos átomos de hidrogênio capturados pelas moléculas de NAD e FAD nas etapas anteriores, vão percorrer uma sequência de aceptores, semelhantes aos da fotossíntese, denominados citocromos. Os elétrons vão saltando de um citocromo para outro, liberando energia, que é utilizada para formar moléculas de ATP.

Note que para cada molécula de NADH2 que libera seus elétrons na cadeia respiratória, são formadas três moléculas de ATP e para cada molécula de FADH2 serão formados dois ATP. Esses valores são válidos para as moléculas de NADH formadas no ciclo de Krebs, no interior das mitocôndrias. Durante a glicólise, no hialoplasma, ocorre para cada molécula de glicose, a formação de duas moléculas de NADH2. Para que o NADH2 seja lançado na cadeia respiraória, ocorre o custo de um ATP.

Para fazer o lançamento de NADH2 para o interior da mitocôndria, gastando um ATP por molécula, a célula usa as enzimas lançadoras, denominadas shuttles.

No final da cadeia respiratória, os elétrons e seus prótons H+ serão captados pelo gás oxigênio, que atua como aceptor final de elétrons, formando-se assim moléculas de água.