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Respiração Celular

A respiração celular é um fenômeno que consiste basicamente no processo de extração de energia química acumulada nas moléculas de substâncias orgânicas diversas, tais como carboidratos e lipídios.

Nesse processo, verifica-se a oxidação ou "queima" de compostos orgânicos de alto teor energético, como gás carbônico e água, além da liberação de energia, que é utilizada para que possam ocorrer as diversas formas de trabalho celular.

 
 

Mitocôndria - Respiração Celular
A mitocôndria é a responsável pela respiração celular.
 

Importância da respiração celular 

Nos organismos aeróbicos, a equação simplificada da respiração celular pode ser assim representada:

C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O + energia

A respiração é um fenômeno de fundamental importância para o trabalho celular e, portanto, para manutenção de vida num organismo. A fotossíntese depende da presença de luz solar para que possa ocorrer. Já a respiração celular, inclusive nas plantas, é processada tanto no claro como no escuro, ocorre em todos os momentos da vida de organismo e é realizada por todas as células vivas que o constituem. Se o mecanismo respiratório for paralisado num indivíduo, suas células deixam de dispor de energia necessária para o desempenho de suas funções vitais; inicia-se, então, um processo de desorganização da matéria viva, o que acarreta a morte do indivíduo.

Na respiração, grande parte da energia química liberada durante oxidação do material orgânico se transforma em calor. Essa produção de calor contribui para a manutenção de uma temperatura corpórea em níveis compatíveis com a vida, compensando o calor que normalmente um organismo cede para o ambiente, sobretudo nos dias de frio. Isso se verifica principalmente em aves e mamíferos; em outros grupos, como os anfíbios e os repteis, o organismo é aquecido basicamente através de fontes externas de calor, quando, por exemplo, o animal se expõe ao sol.
 

Tipos de respiração

Já vimos que nos seres vivos a energia química dos alimentos pode ou não ser extraída com a utilização do gás oxigênio. No primeiro caso, a respiração é chamada aeróbica. No segundo, anaeróbica.


• Respiração aeróbica

A respiração aeróbica se desenvolve sobretudo nas mitocôndrias, organelas citoplasmáticas que atuam como verdadeiras "usinas" de energia.  

C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O + energia

Nessa equação, verifica-se que a molécula de glicose (C6H12O6) é "desmontada" de maneira a originar substâncias relativamente mais simples (CO2 e H2O). A "desmontagem" da glicose, entretanto, não pode ser efetuada de forma repentina, uma vez que a energia liberada seria muito intensa e comprometeria a vida da célula. É preciso, portanto, que a glicose seja "desmontada" gradativamente. Assim, a respiração aeróbica compreende, basicamente, três fases: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.

Glicólise

Glicólise significa "quebra". Nesse processo, a glicose converte-se em duas moléculas de um ácido orgânico dotado de 3 carbonos, denominado ácido pirúvico (C3H4O3). Para a ser ativada e tornar-se reativa a célula consome 2 ATP (armazena energia química extraída dos alimentos distribuindo de acordo com a necessidade da célula). No entanto, a energia química liberada no rompimento das ligações químicas da glicose permite a síntese de 4 ATP. Portanto, a glicólise apresenta um saldo energético positivo de 2 ATP.

Na conversão da glicose em ácido pirúvico, verifica-se a ação de enzimas denominadas desidrogenases, responsáveis, como o próprio nome diz, pela retirada de hidrogênios. Nesse processo, os hidrogênios são retirados da glicose e transferidos a dois receptores denominados NAD (nicotinamida adenina dinucleotídio). Cada NAD captura 2 hidrogênios. Logo, formam-se 2 NADH2.

Obs: A glicólise é um fenômeno que ocorre no hialoplasma, sem a participação do O2.

Ciclo de Krebs

O ácido pirúvico, formado no hialoplasma durante a glicose, penetra na mitocôndria, onde perde CO2, através da ação de enzimas denominadas descarboxilases. O ácido pirúvico então converte-se em aldeído acético.

O aldeído acético, pouco reativo, combina-se com uma substância chamada coenzima A (COA), originando a acetil-coenzima A (acetil-COA), que é reativa. Esta, por sua vez combina com um composto. Nesse momento inicia-se o ciclo de Krebs, fenômeno biológico ocorrido na matriz mitocondrial.

Da reação da acetil-CoA, ocorrem series de desidrogênações e descarboxilações até originar uma nova molécula de ácido oxalacético, definido um ciclo de reações, que constitui o ciclo de Krebs.

Cadeia respiratória 

Essa fase ocorre nas cristas mitocondriais. Os hidrogênios retirados da glicose e presentes nas moléculas de FADH2 e NADH2 são transportados até o oxigênio, formando água. Dessa maneira, na cadeia respiratória o NAD e o FAD funcionam como transportadores de hidrogênios.

Na cadeia respiratória, verifica-se também a participação de citocromos, que tem papel de transportar elétrons dos hidrogênios. À medida que os elétrons passam pela cadeia de citocromos, liberam energia gradativamente. Essa energia é empregada na síntese de ATP.

Depois de muitos cálculos..., podemos dizer que o processo respiratório aeróbico pode, então, ser equacionado assim:

C6H12O6 + 6 O2 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

• Respiração anaeróbica

O processo de extração de energia de compostos sem utilização de oxigênio (O2) é denominado respiração anaeróbica. Alguns organismos, como o bacilo de tétano, por exemplo, têm na respiração anaeróbica o único método de obtenção de energia – são os chamados anaeróbicos estritos ou obrigatórios. Outros como os levedos de cerveja, podem realizar respiração aeróbica ou anaeróbica, de acordo com a presença ou não de oxigênio – são por isso chamados de anaeróbicos facultativos.

Na respiração aeróbica, o O2 funciona como aceptor final de hidrogênios. Na respiração anaeróbica, também fica evidente a necessidade de algum aceptor de hidrogênios. Certas bactérias anaeróbicas utilizam nitratos, sulfatos ou carbonatos como aceptores finais de hidrogênios. Os casos em que os aceptores de hidrogênios são compostos orgânicos que se originam da glicólise. Esses tipos de respiração anaeróbica são chamados de fermentações.

Fermentação – rendimento energético inferior

Nos processos fermentativos, a glicose não é totalmente " desmontada ". Na verdade, a maior parte da energia química armazenada na glicose permanece nos compostos orgânicos que constituem os produtos finais da fermentação.

Há 2 tipos principais de fermentação: a alcoólica e a láctica. Ambas produzem 2 ATP no final do processo. Portanto, o processo fermentativo apresenta um rendimento energético bem inferior ao da respiração aeróbica, que produz 38 ATP.

A fermentação alcoólica

Na fermentação alcoólica, a glicose inicialmente sofre a glicólise, originando 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 NADH2 E um saldo energético positivo de 2 ATP, em seguida o ácido pirúvico é descarboxilado, originando aldeído acético e CO2, sob a ação de enzimas denominadas descarboxilases. O aldeído acético, então, atua como receptor de hidrogênios do NADH2 e se converte em álcool etílico.

A fermentação láctica

Na fermentação láctica, a glicose sofre glicólise exatamente como na fermentação alcoólica. Porém enquanto na fermentação alcoólica o aceptor de hidrogênios é o próprio aldeído acético, na fermentação láctica o aceptor de hidrogênios é o próprio ácido pirúvico, que se converte em ácido láctico. Portanto não havendo descarboxilação do ácido píruvico, não ocorre formação de CO2.

Veja abaixo a equação simplificada da fermentação láctica:

C6H12O6 ⇒ 2C3H6O3 + 2ATP 

A fermentação láctica é realizada por microorganismos (certas bactérias, fungos e protozoários) e por certos animais.

As bactérias do gênero Lactobacillus são muito empregadas na fabricação de coalhadas, iogurtes e queijos. Elas promovem o desdobramento do açúcar do leite (lactose) em ácido láctico. O acúmulo de ácido láctico no leite torna-o " azedo ", indicando uma redução do pH. Esse fato provoca a precipitação das proteínas do leite, formado o coalho.

Por: Mylle Diógenes Barros
 

Vídeo explicando como ocorre a respiração celular:


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