Respiração celular

 Nota: Para o processo de inspiração e expiração de ar, veja Respiração.

Respiração celular é o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que poderão ser usadas nos processos vitais. Nesse processo, verifica-se a oxidação de compostos orgânicos de alto teor energético, como carboidratos e lípidos, para que possam ocorrer as diversas formas de trabalho celular. A organela responsável por essa respiração é a mitocôndria em paralelo com o sistema golgiense. Ela pode ser de dois tipos, respiração anaeróbia (sem utilização de oxigênio) e respiração aeróbia (com utilização de oxigênio).

A respiração celular é o processo de obtenção de energia mais utilizado pelos seres vivos. Na respiração, ocorre a liberação de dióxido de carbono, energia e água e o consumo de oxigênio e glicose, ou outra substância orgânica, tal como lipídios.

A organela responsável por essa respiração é a mitocôndria.

Do ponto de vista da fisiologia, o processo pelo qual um organismo vivo troca oxigênio e dióxido de carbono com o seu meio ambiente é chamado de ventilação, respiração ocorre apenas na célula, operação executada pela mitocôndria.

Do ponto de vista da bioquímica, respiração celular é o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que possa ser usada nos processos vitais.

A respiração celular processa-se nas seguintes etapas:

• Glicólise
• Ciclo de Krebs
• Cadeia respiratória
• Fosforilação oxidativa

O processo básico da respiração celular é a quebra da glicose ou Glicólise, que se pode expressar pela seguinte equação química:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energia

Nutrientes (energia química) + O₂ → CO₂ + H₂O + Energia (alguma que se perde sob a forma de calor e outra parte armazena-se sob a forma de ATP)

Este artigo centra-se nos fenómenos da respiração celular, que se processa segundo duas sequências básicas:

Glicólise (ocorrida no citosol) e Oxidação do piruvato (ocorrida na matriz mitocondrial) através de um de dois processos: Respiração aeróbia ou Respiração anaeróbia

Oxidação do piruvato

De acordo com o tipo de metabolismo, existem duas sequências possíveis para a oxidação do piruvato proveniente da glicólise:

• 1. Neste primeiro processo, a oxidação do piruvato ocorre em uma respiração aeróbia, produzindo em seguida Acetilcoenzima A, iniciando assim o Ciclo de Krebs, como é demonstrado abaixo:

Piruvato → Acetil-Coa

Nesta etapa ocorre a entrada de NAD e CoA-SH.

O piruvato gerado na glicólise sofre desidrogenação e descarboxilação catalisado pelo complexo piruvato-desidrogenase, durante essas reações é adicionada a coenzima A, desta forma a partir de cada piruvato produz-se um acetil-CoA, iniciando logo em seguida o Ciclo de Krebs

Durante a glicólise pode ocorrer a falta de O₂ gerando outras reações:

• 2.Nesta etapa a oxidação do piruvato ocorre em uma reação anaeróbia

Oxidação Incompleta da Glicose:

Glicose → Piruvato → Ácido láctico

Na ausência de O₂ ou em situação de hipóxia, a cadeia respiratória fica bloqueada ou parcialmente bloqueada, por isso os NADH e FADH2 gerados nas reações de oxiredução não podem ser oxidados. Assim fica faltando NAD e FAD para as reações de desidrogenação. Com isso, o ciclo de Krebs não pode ocorrer ficando totalmente bloqueado na falta de O₂. Se houvesse uma forma de repor NAD e FAD sem o envolvimento da cadeia respiratória o ciclo poderia continuar ocorrendo. Na oxidação da glicose na ausência de O₂, o NADH produzido não irá para a cadeia respiratória; da mesma forma, o piruvato não dará origem ao acetil-CoA. Assim fica acumulado NADH e piruvato. Para que a glicólise mantenha-se, o NADH acumulado transfere seus elétrons e P⁺ para o piruvato, originando ácido láctico e regenerando o NAD. Isto representa uma via alternativa de oxidação do NADH. Na oxidação incompleta o rendimento de ATP cai para apenas dois.

Respiração aeróbica

A respiração aeróbia requer oxigênio. Na glicólise, é formado o piruvato (também chamado de ácido pirúvico) bem como 2 ATP. Cada piruvato que entra na mitocôndria e é oxidado a um composto com dois carbonos (acetato) que depois é combinado com a Coenzima-A, com a produção de NADH e libertação de CO₂. De seguida, inicia-se o Ciclo de Krebs. Neste processo, o grupo acetil é combinado com compostos com quatro carbonos formando o citrato (6C). Por cada ciclo que ocorre liberta-se 2CO₂, NADH e FADH₂. No ciclo de Krebs obtém-se 2 ATPs. Numa última fase - cadeia transportadora de elétrons (ou fosforilação oxidativa) os elétrons removidos da glicose são transportados ao longo de uma cadeia transportadora,criando um gradiente protónico que permite a fosforilação do ADP. O aceptor final de elétrons é o O₂, que, depois de se combinar com os elétrons e o hidrogênio, forma água.

Respiração anaeróbica

A respiração anaeróbia envolve um receptor de elétrons diferente do oxigênio e existem vários tipos de bactérias capazes de usar uma grande variedade de compostos como receptores de elétrons na respiração: compostos nitrogenados, tais como nitratos e nitritos, compostos de enxofre, tais como sulfatos, sulfitos, dióxido de enxofre e mesmo enxofre elementar, dióxido de carbono, compostos de ferro, de manganês, de cobalto e até de urânio.

No entanto, para todos estes, a respiração anaeróbia só ocorre em ambientes onde o oxigénio é escasso, como nos sedimentos marinhos e lacustres ou próximo de nascentes hidrotermais submarinas.

Uma das sequências alternativas à respiração anaeróbia é a fermentação, um processo em que o piruvato é apenas parcialmente oxidado, não se segue o ciclo de Krebs e não há produção de ATP numa cadeia de transporte de eléctrons. No entanto, a fermentação é útil para a célula porque regenera o dinucleótido de nicotinamida e adenina (NAD), que é consumido durante a glicólise.

Os diferentes tipos da fermentação produzem vários compostos diferentes, como o etanol (o álcool das bebidas alcoólicas, produzido por vários tipos de leveduras e bactérias) ou o ácido láctico do iogurte.

Outras moléculas, como NO₂, SO₂ são os aceptores finais na cadeia de transporte de elétrons.

Ver também

• Ciclo de Krebs