Estudo Da Respiração Aeróbica – Uma Visão Do Processo


Todas as células necessitam energia para realizar suas funções. Esta energia é obtida de moléculas de ATP, que possuem ligações fosfato de alta energia. As moléculas de ATP são produzidas principalmente na mitocôndria, num processo denominado respiração celular. Este é um processo aeróbico, consome oxigênio, que começa com a quebra da glicose no citosol e termina na cadeia respiratória nas cristas mitocondriais. O esquema que apresentamos a seguir é uma simplificação do processo da respiração aeróbica. É bom ter uma ideia geral do processo completo antes de detalhar as fases.

Estudo Da Respiração Aeróbica

Observe-o com atenção e acompanhe a descrição no texto. Pode-se dividir a respiração em três fases:
a) Glicólise: a glicóíise é anaeróbica e ocorre no hialoplasma celular.
b) Ciclo de Krebs: o ciclo de Krebs é um processo aeróbico e ocorre na matriz mitocôndria!.
c) Cadeia Respiratória: a cadeia respiratória é um processo aeróbico e  ocorre  nas cristas mitocondriais (membranas internas    da mitocôndria).

A glicólise, quebra da glicose, ocorre no citosol e consiste em reações pelo qual a glicose (que tem 6 carbonos) é transformada em duas moléculas de piruvato (ou ácido pirúvico) com três carbonos cada um. No inicio do processo a célula consome duas moléculas de ATP para ativar a glicose. Porém, nas reações que se seguem, enquanto a molécula de glicose é degradada a dois piruvatos há a liberação de quatro moléculas de ATP.

Além disso, neste processo há a retirada de hidrogênios e elétrons, por enzimas chamadas desidrogenases, que são transferidos ao NAD+ (coenzima nicotinamida adenina dinucleotídio) formando um NADH2por cada molécula de piruvato. Estes hidrogênios posteriormente serão utilizados para síntese de ATP na mitocôndria, 3 ATP por NADH2. Na glicólise, portanto, tem-se um saldo positivo de 8 ATP.

O piruvato (3 carbonos) formado na glicólise entra na mitocôndria e reage com a coenzima A (CoA), perdendo no processo um carbono na forma de CO2 e um hidrogênio (H’) que formará NADH2, resultando em um acetil CoA. O acetil CoA (2 carbonos) reage com uma molécula de ácido oxalacético (4 carbonos), formando o ácido cítrico (6 carbonos) liberando a CoA. A molécula de ácido cítrico inicia o ciclo de Krebs, onde passa por uma série de reações de desidrogenações, em que são retirados hidrogênios e elétrons (e~), capturados pelo NAD+ e FAD+ (flavina adenina dinucleotídeo) para a formação de IMADH2 e FADH2, e descarboxilações que retiram carbonos na forma de C02, posteriormente eliminado. Além disso, no ciclo é formado um GTP (energeticamente equivalente ao ATP). Ao final do ciclo o ácido cítrico perdeu dois carbonos, retornando à forma de ácido oxalacético (4 carbonos) que reinicia o ciclo.

Como cada molécula de glicose forma duas de ácido pirúvico, o ciclo precisa dar duas voltas para metabolizar uma glicose. Portanto cada molécula de glicose irá gerar no ciclo de Krebs:

Fosforilação Oxidativa – Aeróbica Da Respiração

O NADH2 e o FADH2 formado no ciclo de Krebs seguem para a cadeia respiratória nas cristas mitocondriais. A cadeia respiratória é formada por três complexos enzimáticos respiratórios principais: o complexo NADH2 desidrogenase, o complexo citocromo b-c1 e o complexo citocromo oxidase. Estes complexos são transportadores de elétrons, existem ainda transportadores menores como o citocromo c e a ubiquinona.

Estes elétrons são produzidos na dissociação das moléculas de NADH2 e FADH2. A medida que os elétrons passam pela cadeia transportadora, sua energia é utilizada para bombear prótons (HT) da matriz mitocondrial para dentro do espaço intermembrana da mitocôndria. No final da cadeia os elétrons são capturados pelo oxigênio atmosférico que se combina com hidrogênios para formar água.

Os prótons ficam concentrados no espaço intermembrana gerando um gradiente eletroquímico, este gradiente é utilizado pela ATP sintetase (também nas cristas mitocondriais) para fosforilar ADP formando ATP. Como o oxigênio é o ultimo aceptor de elétrons, e todo processo da cadeia respiratória culmina na produção de ATP, este processo é denominado fosforilação oxidativa.

A maior parte do ATP celular é produzido pela fosforilação oxidativa. Sendo o oxigênio o último aceptor de elétrons, na falta deste gás a cadeia respiratória para, pois os complexos ficariam saturados de elétrons e a síntese de ATP também seria interrompida, devido à não formação do gradiente eletroquímico. Caso isso ocorra algumas células possuem a capacidade de obter energia por outros métodos.

EFICIÊNCIA DO PROCESSO

Durante todo processo de respiração celular a produção direta de ATP é pequena, no entanto são formados NADH, e FADH2, que serão utilizados para a síntese de ATP na cadeia respiratória. Cada molécula de NADH2 carrega energia suficiente para a produção de 3 ATP, e cada molécula de FADH2 pode gerar 2 ATP. A menor eficiência do FADH2 se deve pelo fato de seus elétrons ingressarem no segundo complexo transportador, portanto com capacidade de transportar menor quantidade de H+ e por isso seu potencial para gerar ATP é menor. É importante lembrar que a eficiência observada é somente na presença de oxigênio.

Além dos glicídios, as proteínas e os lipídios também podem ser utilizados pela célula como fontes de energia. Isso porque todas essas substâncias podem ser convertidas em acetil-coenzima A. Como vimos, a acetil-coenzima A participa do ciclo de Krebs, liberando hidrogênios, que, aceptados por NAD+ e FAD+, vão tomar parte na cadeia respiratória. Os glicídios são utilizados pela via já estudada, ou seja, são degradados até ácido pirúvico, que, ao penetrar na mitocôndria é convertido em acetil-coenzima A.

Os aminoácidos constituintes das proteínas podem ser convertidos diretamente em acetil-coenzima A. Podem, ainda, originar os ácidos oxalacético e cetoglutárico, que participam diretamente do ciclo de Krebs como intermediários. Os lipídios são formados por ácidos graxos e glicerol. Os ácidos graxos sofrem uma série de reações (denominadas â-oxidação), em que são oxidados em acetil-coenzima A. Sendo oxidados, perdem hidrogênios, que reduzidos são utilizados na cadeia respiratória para síntese de ATP.

O glicerol é convertido diretamente a acetil-coenzima A. Os 38 ATP correspondem a uma energia de 304.000 calorias, e não 684.000, que é a energia produzida na queima direta da glicose. O rendimento da respiração aeróbica é, portanto, de 45% aproximadamente; 55% da energia se perde durante as diversas reações. Ainda assim, considera-se a respiração um processo bem eficiente em termos de rendimento, já que um motor a combustão, na melhor das Irnpóteses, não atinge um rendimento de 25%.

Fermentação

Na ausência de oxigénio as células lançam mão de outro mecanismo para obtenção de ATP, a fermentação. Este é um processo mais simples e menos eficiente em relação à respiração aeróbica, utilizado principalmente por microorganismo, é chamada também de respiração anaeróbica devido a não participação do oxigénio atmosférico no processo.

Existem vários tipos de fermentação dependendo da necessidade do organismo que a realiza. Um exemplo é a fermentação alcoólica, em que a glicose é degradada a etanol para a produção de ATP liberando C02. Os vegetais superiores, algumas bactérias e alguns fungos são capazes de realizá-lo. Ele pode realizar a fermentação da cevada e da uva, produzindo cerveja e vinho. Esta levedura é utilizada como fermento na fabricação de massas, pois o C02 produzido na fermentação forma “bolhas” na massa, o que a torna macia.

Na fermentação láctica a glicose é degradada a ácido láctico. Protozoários, fungos e bactérias (como o Lactobacillus) podem realiza-la. A coalhada e o iogurte são produtos desta fermentação. No seres humanos, principalmente os músculos podem realizar esta fermentação caso o suprimento de oxigênio para o tecido for insuficiente para realização da respiração aeróbica. Em exercícios muito intensos ou de longa duração, os músculos degradam a glicose a ácido láctico para a produção de ATP. O ácido láctico se acumula no tecido e provoca as dores da chamada fadiga muscular. Quando o suprimento de oxigênio é restabelecido nos músculos o ácido láctico é re-convertido a ácido piruvico para seguir na respiração aeróbica.
Nos processos de fermentação não há participação das mitocondrias, portanto a degradação da glicose fica restringida à glicólise, que ocorre no cotosol, que a transforma em ácido piruvico e deste para etanol ou ácido láctico, conforme mostra as reações acima. É importante lembrar que na glicólise é produzido somente 2 ATP por molécula de glicose.