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Respiração celular

Última atualização em 20 de agosto de 2022

Definição de respiração celular

A respiração celular é o processo pelo qual as células convertem açúcares em energia. Para criar ATP e outras formas de energia para alimentar reações celulares, as células requerem combustível e um aceitador de elétrons que impulsiona o processo químico de transformar energia em uma forma utilizável.

Visão geral da respiração celular

Eucariotos, incluindo todos os organismos multicelulares e alguns organismos de célula única, usam respiração aeróbica para produzir energia. A respiração aeróbica usa oxigênio – o mais poderoso aceitador de elétrons disponível na natureza.

A respiração aeróbica é um processo extremamente eficiente, permite que os eucariotos tenham funções de vida complicadas e estilos de vida ativos. No entanto, isso também significa que eles exigem um suprimento constante de oxigênio, ou não poderão obter energia para permanecer vivo.

Organismos procarióticos, como bactérias e arquebactérias, podem usar outras formas de respiração, que são um pouco menos eficientes. Isso permite que eles vivam em ambientes onde os organismos eucarióticos não podiam, porque não exigem oxigênio.

Exemplos de diferentes vias de como os açúcares são quebrados por organismos são ilustrados abaixo:

Artigos mais detalhados sobre respiração aeróbica e respiração anaeróbica podem ser encontrados neste site. Aqui, daremos uma visão geral dos diferentes tipos de respiração celular.

Equação de respiração celular

Equação de respiração aeróbica

A equação para a respiração aeróbica mostra a glicose sendo combinada com oxigênio e ADP para produzir dióxido de carbono, água e ATP:

C6H12O6 (glicose) + 6O2 + 36 ADP (ATP empobrecido) + 36 PI (grupos fosfato) → 6CO2 + 6H2O + 36 ATP

Você pode ver que, uma vez que ele é completamente quebrado, as moléculas de carbono da glicose são expiradas como seis moléculas de dióxido de carbono.

Equação de fermentação do ácido lático

Na fermentação do ácido lático, uma molécula de glicose é dividida em duas moléculas de ácido lático. A energia química que foi armazenada nas ligações de glicose quebrada é movida para ligações entre ADP e um grupo fosfato.

C6H12O6 (glicose) + 2 ADP (ATP esgotado) + 2 PI (grupos fosfato) → 2 CH3Chohcooh (ácido lático) + 2 ATP

Equação de fermentação alcoólica

A fermentação com álcool é semelhante à fermentação do ácido lático, pois o oxigênio não é o aceitador final de elétrons. Aqui, em vez de oxigênio, a célula usa uma forma convertida de piruvato para aceitar os elétrons finais. Isso cria álcool etílico, que é o que é encontrado nas bebidas alcoólicas. Brewers e destiladores usam células de levedura para criar esse álcool, que são muito boas nessa forma de fermentação.

C6H12O6 (glicose) + 2 ADP (ATP esgotado) + 2 PI (grupos fosfato) → 2 C2H5OH (álcool etílico) + 2 CO2 + 2 ATP

Etapas da respiração celular

Passo 1

A glicólise é a única etapa compartilhada por todos os tipos de respiração. Na glicólise, uma molécula de açúcar como a glicose é dividida ao meio, gerando duas moléculas de ATP.

A equação para a glicólise é:

C6H12O6 (glicose) + 2 NAD + + 2 ADP + 2 PI → 2 CH3COCOO – + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 2H +

O nome “Glicólise” vem do grego “Glyco”, para “açúcar” e “lise” para “dividir”. Isso pode ajudá -lo a lembrar que a glicólise é o processo de dividir um açúcar.

Na maioria das vias, a glicólise começa com glicose, que é dividida em duas moléculas de ácido pirúvico. Essas duas moléculas de ácido pirúvico são então processadas ainda mais para formar diferentes produtos finais, como álcool etílico ou ácido lático.

Passo 2

Redução é a próxima parte do processo. Em termos químicos, “reduzir” uma molécula significa adicionar elétrons a ele.

No caso da fermentação do ácido lático, o NADH doa um elétron para o ácido pirúvico, resultando em produtos finais do ácido lático e NAD+. Isso é útil para a célula porque o NAD+ é necessário para a glicólise. No caso de fermentação alcoólica, o ácido pirúvico passa por uma etapa adicional na qual perde um átomo de carbono na forma de CO2. A molécula intermediária resultante, chamada acetaldeído, é então reduzida para produzir NAD+ mais álcool etílico.

etapa 3

A respiração aeróbica leva esses processos para outro nível. Em vez de reduzir diretamente os intermediários do ciclo Krebs, a respiração aeróbica usa oxigênio como receptor final de elétrons. Mas primeiro, os elétrons e prótons ligados a portadores de elétrons (como o NADH) são processados através da cadeia de transporte de elétrons. Essa cadeia de proteínas dentro da membrana mitocondrial usa a energia desses elétrons para bombear prótons para um lado da membrana. Isso cria uma força eletromotiva, utilizada pelo complexo proteico ATP sintase fosforilato um grande número de moléculas de ATD, criando ATP.

Produtos de respiração celular

ATP

O principal produto de qualquer respiração celular é a molécula adenosina trifosfato (ATP). Essa molécula armazena a energia liberada durante a respiração e permite que a célula transfira essa energia para várias partes da célula. O ATP é usado por vários componentes celulares como fonte de energia. Por exemplo, uma enzima pode precisar de energia do ATP para combinar duas moléculas. O ATP também é comumente usado em transportadores, que são proteínas que funcionam para mover moléculas através da membrana celular.

Dióxido de carbono

O dióxido de carbono é um produto universal criado pela respiração celular. Normalmente, o dióxido de carbono é considerado um resíduo e deve ser removido. Em uma solução aquosa, o dióxido de carbono cria íons ácidos. Isso pode diminuir drasticamente o pH da célula e, eventualmente, fará com que as funções celulares normais cessem. Para evitar isso, as células devem expulsar ativamente o dióxido de carbono.

Outros produtos

Embora o ATP e o dióxido de carbono sejam produzidos regularmente por todas as formas de respiração celular, diferentes tipos de respiração dependem de diferentes moléculas para serem os aceitadores finais dos elétrons utilizados no processo.

Objetivo

Todas as células precisam ser capazes de obter e transportar energia para alimentar suas funções de vida. Para que as células continuem vivendo, elas devem ser capazes de operar máquinas essenciais, como bombas em suas membranas celulares, que mantêm o ambiente interno da célula de uma maneira adequada para a vida.

A “moeda energética” mais comum das células é o ATP – uma molécula que armazena muita energia em suas ligações fosfato. Essas ligações podem ser quebradas para liberar essa energia e gerar mudanças para outras moléculas, como as necessárias para alimentar as bombas da membrana celular.

Como o ATP não é estável por longos períodos de tempo, ele não é usado para armazenamento de energia a longo prazo. Em vez disso, açúcares e gorduras são usados como uma forma de armazenamento a longo prazo, e as células devem processar constantemente essas moléculas para produzir um novo ATP. Este é o processo de respiração.

O processo de respiração aeróbica produz uma enorme quantidade de ATP de cada molécula de açúcar. De fato, cada molécula de açúcar digerida por uma planta ou célula animal produz 36 moléculas de ATP! Em comparação, a fermentação geralmente produz apenas 2-4 moléculas de ATP.

Os processos de respiração anaeróbica usados por bactérias e arquebactérias produzem quantidades menores de ATP, mas podem ocorrer sem oxigênio. Abaixo, discutiremos como diferentes tipos de respiração celular produzem ATP.

Tipos de respiração celular

Respiração aeróbica

Os organismos eucarióticos realizam respiração celular em suas mitocôndrias – organelas projetadas para quebrar açúcares e produzir ATP com muita eficiência. As mitocôndrias são frequentemente chamadas de “a potência da célula” porque são capazes de produzir muito ATP!

A respiração aeróbica é tão eficiente porque o oxigênio é o aceitador de elétrons mais poderoso encontrado na natureza. O oxigênio “ama” elétrons – e seu amor pelos elétrons “os puxa” pela cadeia de transporte de elétrons das mitocôndrias.

A anatomia especializada das mitocôndrias-que reúne todos os reagentes necessários para a respiração celular em um pequeno espaço ligado à membrana dentro da célula-também contribui para a alta eficiência da respiração aeróbica.

Na ausência de oxigênio, a maioria das células eucarióticas também pode realizar diferentes tipos de respiração anaeróbica, como a fermentação do ácido lático. No entanto, esses processos não produzem ATP suficientes para manter as funções de vida da célula e, sem oxigênio, as células acabarão por morrer ou deixar de funcionar.

Fermentação

A fermentação é o nome dado a muitos tipos diferentes de respiração anaeróbica, que são realizados por diferentes espécies de bactérias e arquebactérias e por algumas células eucarióticas na ausência de oxigênio.

Esses processos podem usar uma variedade de aceitadores de elétrons e produzir uma variedade de subprodutos. Alguns tipos de fermentação são:

  • Fermentação alcoólica – esse tipo de fermentação, realizada por células de levedura e algumas outras células, metaboliza o açúcar e produz álcool e dióxido de carbono como subprodutos. É por isso que as cervejas são efervesceantes: durante a fermentação, suas leveduras liberam o gás de dióxido de carbono, que forma bolhas e álcool etílico.
  • Fermentação do ácido lático – Esse tipo de fermentação é realizado por células musculares humanas na ausência de oxigênio e por algumas bactérias. A fermentação do ácido lático é realmente usada pelos humanos para fazer iogurte. Para fazer iogurte, bactérias inofensivas são cultivadas em leite. O ácido lático produzido por essas bactérias dá ao iogurte seu sabor distinto de fonte afiada e também reage com proteínas do leite para criar uma textura espessa e cremosa.
  • Fermentação do ácido proprietário – Esse tipo de fermentação é realizado por algumas bactérias e é usado para fazer queijo suíço. O ácido proprietário é responsável pelo sabor afiado e nutty distinto do queijo suíço. As bolhas de gás criadas por essas bactérias são responsáveis pelos orifícios encontrados no queijo.
  • Acetogênese – A acetogênese é um tipo de fermentação realizada por bactérias, que produz ácido acético como seu subproduto. O ácido acético é o ingrediente distinto no vinagre, o que lhe confere seu sabor e cheiro nítidos. Curiosamente, as bactérias que produzem ácido acético usam álcool etílico como combustível. Isso significa que, para produzir vinagre, uma solução contendo açúcar deve ser fermentada pela primeira vez com fermento para produzir álcool e depois fermentado novamente com bactérias que transformam o álcool em ácido acético!

Metanogênese

A metanogênese é um tipo único de respiração anaeróbica que só pode ser realizada por arquebactérias. Na metanogênese, um carboidrato de fonte de combustível é dividido para produzir dióxido de carbono e metano.

A metanogênese é realizada por algumas bactérias simbióticas nos setores digestivos de humanos, vacas e alguns outros animais. Algumas dessas bactérias são capazes de digerir a celulose, um açúcar encontrado em plantas que não podem ser quebradas através da respiração celular. As bactérias simbióticas permitem que vacas e outros animais obtenham alguma energia desses açúcares indigestosos!

Questionário

1. Qual das alternativas a seguir não é necessária para a respiração celular?

2. Qual dos seguintes tipos de células não pode sobreviver usando apenas a fermentação?

3. Qual das alternativas a seguir não é uma razão pela qual os organismos multicelulares precisam de oxigênio para sobreviver?

4. Como o processo de respiração (respiração) está relacionado à respiração celular?

5. Qual das seguintes formas de respiração celular é responsável por criar cerveja, vinho e espíritos?

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