Respiração Celular

O processo de respiração aeróbica - produção de energia na forma de ATP - se desenvolve em três etapas consecutivas:

1. Glicólise - ocorre no hialoplasma da célula.

2. Ciclo de Krebs - no interior das mitocôndrias (matriz).

3. Cadeia respiratória - interior das mitocôndrias (cristas).

Glicólise

As enzimas de todas as etapas da glicólise se encontram no hialoplasma. Nas muitas etapas, são "gastas" duas moléculas de ATP para ativar a glicose, porém, são reconstituídas quatro delas, o que significa um "lucro" de 2 ATP para a célula, ou seja, 4 ATP produzidos, menos 2 ATP gastos na ativação. Ocorrem, além disso, por duas vezes, remoção de hidrogênios (H+) pelo NAD.

Observe o esquema glicolítico a seguir:

O ácido pirúvico (piruvato) continuará a ser degradado, porém no interior da mitocôndria. Os NADH2, resultantes da glicólise, poderão entrar na mitocôndria (havendo O2 disponível ) e ceder seus hidrogênios ao oxigênio (O2), na cadeia respiratória.

Ciclo de Krebs

Na matriz mitocondrial, o ácido pirúvico proveniente da glicólise perde hidrogênios, CO2 (descarboxilação), e o radical acetil (com 2C) resultante irá combinar-se com a coenzima A, formando o composto acetil-coenzima A (acetil CoA). Esta substância vai para o ciclo de Krebs, onde liberta o radical acetil e desliga a coenzima A.

A combinação do acetil (2C) com uma substância já presente na mitocôndria, o ácido oxaloacético (4C), resulta na formação do ácido cítrico (6C). Continuarão ocorrendo diversas reações: em algumas etapas NAD ou FAD captam hidrogênios, e, em dois momentos, ocorre saída de CO2 (descarboxilação).

Ao fechar o ciclo, o ácido oxaloacético (4C) será regenerado. Pode-se, então, considerar o ciclo de Krebs como um mecanismo bioquímico de "moagem" do ácido acético (acetil - 2C) proveniente da degradação da glicose, com liberação de 2 CO2.

Em cada volta do ciclo, 3 NAD se reduzem a 3 NADH2; 1 FAD se reduz a FADH2; e, além disso, numa das etapas, há liberação de energia suficiente para "recarregar" (produzir) 1 ATP.

Os NADH2 e FADH2 transportarão seus hidrogênios à cadeia respiratória (cristas mitocondriais), cedendo-os ao oxigênio (O2 ).

Cadeia respiratória - energia liberada aos poucos

É nesse processo que os hidrogênios removidos do substrato pelo NAD ou FAD são transferidos ao oxigênio:

NADH2 + ½ O2 NAD + H2O + energia (ATP)

No entanto, nas cristas mitocondriais, o NADH2 nunca se combina diretamente com o oxigênio. Se a reação fosse direta, a energia desprendida seria muito grande, e possivelmente, prejudicial à célula.

Componentes da cadeia respiratória

Nas cristas mitocondriais, várias substâncias participam da cadeia: NAD e FAD são transportadores de hidrogênios e os citocromos são transportadores de elétrons. Na estrutura dos citocromos, semelhantemente à hemoglobina, aparecem os íons de ferro.

A cadeia respiratória apresenta-se como "uma escada com degraus energéticos", onde cada nível é ocupado por substância específica. No nível mais alto entra o NADH2, enquanto no "degrau mais baixo" estará o O2, como último aceptor de H+ e elétrons (formação de H2O).

O NADH2 inicia a cadeia respiratória; os dois hidrogênios (2H+) são cedidos ("jogados para baixo") ao FAD, que se reduz a FADH2. De FADH2 em diante, apenas os dois elétrons dos hidrogênios são entregues de citocromo em citocromo, sobrando, portanto, dois prótons (2 H+). Ao passarem de um citocromo ao outro, os elétrons perdem energia, que é utilizada na produção de ATP. No final os elétrons são captados por ½ O2, que se reduz a O-2. Os 2 H+ se combinam com O-2, formando uma molécula de água (H2O).

A produção de ATP na cadeia respiratória é chamada de fosforilação oxidativa. Note que o ATP é produzido somente em três pontos da cadeia. Isto não quer dizer que os outros "degraus" não liberem energia; ocorre apenas que esta energia, não sendo suficiente para a produção de ATP, se dissipa sob a forma de calor.

A participação do oxigênio (O2) é fundamental, já que funciona como o "último aceptor de hidrogênios (H+) e elétrons", aparecendo no "último degrau" da cadeia respiratória.

Se faltar O2 ao tecido, as moléculas de citocromos aa3 ficam reduzidas (saturadas de elétrons), por falta do aceptor final (O2). Em consequência, o citocromo aa3 não pode retirar os elétrons do citocromo c, que não os retira do citocromo b, e assim por diante. Então, todas as substâncias ficam sob sua forma reduzida, não havendo quem as oxide. As cadeias respiratórias ficam bloqueadas, parando a síntese de ATP.

Algumas substâncias, como o cianeto (HCN), bloqueiam a enzima citocromo-oxidase na última passagem dos elétrons (citocromo aa3 para o O2). Esta é uma das razões pelas quais o cianeto atua como veneno enzimático de ação tão rápida (morte, por asfixia, na "câmara de gás" !). Essa mesma inibição enzimática, bloqueando o transporte de elétrons, também é provocada por outras substâncias: monóxido de carbono (CO), gás sulfídrico (H2S), gás sulfuroso (SO2 ), bissulfeto de carbono (CS2).

Fermentação

A fermentação é a degradação parcial da glicose, na ausência de oxigênio. Na fermentação, o aceptor final desses hidrogênios (H+) é a própria substância orgânica (ácido pirúvico), enquanto na respiração aeróbica, o aceptor final dos hidrogênios é o gás oxigênio (O2), que se encontra na cadeia respiratória (interior das mitocôndrias) e irá formar água. O ácido lático é o produto da fermentação que pode ser realizada por nossas células musculares. Havendo oxigênio em quantidade adequada, as células musculares respiram aerobicamente, deixando como resíduos finais CO2 e H2O. Porém, em condições de atividade intensa, o suprimento de O2 torna-se insuficiente para oxidar a quantidade de glicose necessária. As células musculares usam, então, como recurso adicional, a fermentação lática que permite produção de ATP na ausência de O2. Parte da glicose é, pois, transformada em ácido lático, que, ao se acumular no tecido, provoca o que chamamos de "fadiga muscular", levando à dor muscular e até cãibra.

A amônia proveniente da degradação de aminoácidos e o gás carbônico do ciclo de Krebs são produtos de excreção e acabam por ser eliminados da célula. Passarão pelo fígado, onde serão metabolizados, formando ureia. A ureia volta à circulação e após ser filtrada pelos rins, será eliminada sob a forma de urina.

Sumário

- Glicólise
- Ciclo de Krebs
- Cadeia respiratória
i. Componentes da cadeia respiratória
- Fermentação
Assine login Questões a responder image Questões dissertativas image