Respiração celular

O termo respiração celular refere-se ao conjunto de reacções e processos bioquímicos que ocorrem nas células para obter energia a partir das moléculas dos alimentos, sendo que todas as células vivas realizam a respiração celular. Nas células procarióticas, a respiração celular é efectuada dentro do citoplasma ou na superfície interior da célula. Nas células eucarióticas, a maior parte das reações são realizadas na mitocôndria.

Compostos orgânicos possuem energia potencial que resulta dos arranjos dos electrões nas ligações covalentes entre os seus átomos, sendo que os compostos que podem participar em reações exergónicas podem actuar assim como combustíveis. Com a ajuda de enzimas, as células degradam sistematicamente moléculas orgânicas complexas, ricas em energia potencial, em produtos residuais mais simples que têm menos energia. As células conseguem recolher esta energia utilizando electrões, transformando esta energia em ATP. Se este processo for realizado na presença de oxigénio, designa-se por respiração aeróbia, se for na ausência de oxigénio, designa-se por respiração anaeróbica.

A glicose é o combustível que as células mais usam, embora hidratos de carbono, gorduras e proteínas também podem ser utilizadas como combustíveis. O processo básico da respiração celular consiste na glicólise, que se pode expressar pela seguinte equação química:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energia (ATP ou calor)

Etapas da Respiração Celular

A recolha de energia a partir da glicose pela respiração celular é um conjunto de 3 etapas (Fig. 1):

1. Glicólise
2. Oxidação do piruvato e o Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs)
3. Fosforilação oxidativa: transporte de eletrões e quimiosmose

Fig. 1 – Esquema da Respiração Celular

Há bioquímicos que geralmente utilizam o termo “respiração celular” para designar apenas as últimas duas etapas. No entanto, outros preferem englobar todas as etapas, porque a maior parte das células que retira energia da glicose, utiliza a glicólise para produzir os compostos iniciais do Ciclo do Ácido Cítrico.

A glicólise, que ocorre no citosol, inicia o processo de degradação com a quebra da glicose em duas moléculas de piruvato. Nos eucariotas, o piruvato entra na mitocôndria e é oxidado a Acetil-CoA, que entra no Ciclo de Ácido Cítrico. É neste ciclo que a degradação da glicose em dióxido de carbono é concluída. Nos procariotas, este processo ocorre tudo no citosol.

Algumas etapas da glicólise e do Ciclo de Ácido Cítrico consistem em reações redox em que desidrogenases transferem electrões dos substratos em NAD, formando NADH. Na terceira etapa da respiração celular, a cadeia transportadora de electrões aceita electrões dos produtos da degradação ocorridas nas primeiras duas etapas (maioritariamente através de NADH), transportando estes electrões de uma molécula para a outra. Assim, a energia libertada em cada passo da cadeia é armazenada numa forma em que a mitocôndria (ou citosol nos procariotas) possa utilizar para formar ATP a partir de ADP. Este modo de síntese de ATP é designado por fosforilação oxidativa. Nas células eucariotas, a membrana interna da mitocôndria é o local onde se dá o transporte de electrões e a quimiosmose (fosforilação oxidativa). Nos procariotas, estes processo ocorrem na membrana plasmática. A fosforilação oxidativa é responsável por cerca de 90% do ATP formado pela respiração celular. A restante parte é formado directamente em algumas reações da glicólise e do Ciclo de Krebs por um mecanismo designado por fosforilação ao nível do substrato.

Respiração celular na ausência de oxigénio

Sem a presença de oxigénio para aceitar os electrões, há dois mecanismos pelos quais os organismos conseguem produzir na mesma ATP, anaerobiose e fermentação. A principal distinção entre estes dois mecanismos, é que na anaerobiose é utilizada na mesma uma cadeia transportadora de eletrões, ao contrário do que acontece na fermentação.

Respiração anaeróbica

Neste caso, os aceitadores de electrões são moléculas inorgânicas, como por exemplo, enxofre e azoto.

Bactérias metanogénicas: organismos (por exemplo, arqueobactérias primitivas como os termófilos) que utilizam CO₂ como aceitador de electrões, reduzindo o CO₂ a CH₄ (metano), utilizando o hidrogénio derivado de moléculas orgânicas produzidas por outros organismos.

Bactérias sulfurosas: bactérias primitivas que produzem energia a partir da redução de sulfatos inorgânicos (SO₄) a H₂S, utilizando átomos de hidrogénio obtidos de moléculas orgânicas produzidas por outros organismos

Fermentação

A fermentação é uma extensão da glicólise, em que há geração contínua de ATP pela fosforilação ao nível do substrato.

References:

• Losos, J. B., Mason, K. A., Singer, S. R., Raven, P. H., & Johnson, G. B. (2008). Biology. Boston: McGraw-Hill Higher Education.
• Reece, J. B., & Campbell, N. A. (2011). Campbell biology. Boston: Benjamin Cummings / Pearson.
• Stryer, L. (1995). Biochemistry (4 ed.). New York – Basingstoke: W. H. Freeman and Company.