Este trabalho foi
desenvolvido durante o estudo da respiração celular, na disciplina de biologia.
A respiração
celular é um fenómeno que consiste basicamente no processo de extração de
energia química acumulada nas moléculas de substâncias orgânicas diversas, tais
como carboidratos e lípidos. Nesse processo, verifica-se a oxidação ou
‘’queima’’ de compostos orgânicos de alto teor energético, como gás carbónico e
agua, além da liberação de energia, que é utilizada para que possam ocorrer as
diversas formas de trabalho celular.
Um processo mais eficaz
de aproveitamento da energia contida nos compostos orgânicos é a respiração aeróbica.
O aparecimento de mitocôndrias nas células, associado à disponibilidade de oxigénio
no meio, permitiu que nos organismos mais complexos o ácido pirúvico fosse
totalmente oxidado em dióxido de carbono e água com produção de 36 ATP. A mitocôndria
surge, assim, como organelo celular especializado na produção de ATP, pois sem
este organelo as células apenas poderiam retirar a energia contida nos compostos
orgânicos através do processo de fermentação com um rendimento energético de 2
ATP.
No entanto, a respiração
aeróbica é bastante complexa e envolve muitas etapas. Pode-se dividir a respiração
aeróbica em três fases:
·
Glicólise
·
Ciclo de krebs
·
Cadeia respiratória
Antes de descrever cada
uma das etapas detalhadamente é importante saber que, da mesma forma que o ATP
transporta fosfato e energia, há na célula uma categoria de substancias que,
durante as etapas da respiração, retiram hidrogénio da glicose das substancias
derivadas (como acido pirúvico) e, em seguida, o cedem ao oxigénio. Uma das substâncias
é o NAD, que existe sob duas formas: o NAD (forma «não-carregada» de hidrogénios)
e o NADH (forma «carregada» de hidrogénios). A outra substancia é o FAD, que também
aparece na célula sob duas formas: o FAD («não carregada» de hidrogénios) e o
FADH (forma «carregada» de hidrogénios). NAD e FAD são, portanto, aceptores intermediários
de hidrogénio: primeiro, eles retiram-nos nas diversas etapas e, depois, cedem-nos
ao oxigénio. NAD e FAD não são consumidos; a mesma molécula de NAD ou FAD pode efetuar
milhões de transportes entre o substrato e o hidrogénio. Cada molécula de NAD
ou FAD aceita dois eletrões (2e-) e um protão (iao H+).
A glicólise surge como
um conjunto de reações enzimática tendo como substrato inicial uma molécula de glicólise.
Para se iniciar a degradação da molécula de glicose é necessário que seja ativada
(1.a parte da glicólise: ativação da glicose). Nos seres vivos a sua ativação é
feita com energia fornecida por duas moléculas de ATP. No final desta fase
verifica-se que uma molécula de glicose da origem a duas moléculas de aldeído
(triose, ou seja, cada uma dessas moléculas com três átomos de carbono).
Seguem-se varias transformações das moléculas de aldeído (2. A parte da glicólise:
transformação de aldeído em acido pirúvico) sob intervenção da co-enzima NAD
que fica reduzida a NADH ate formar duas moléculas de ácido pirúvico.
Resumindo, na glicólise,
por cada molécula de glicose interveniente no processo, formam-se
·
Duas moléculas de ácido pirúvico.
·
Duas moléculas de NADH.
·
Quatro moléculas de ATP.
Fazendo o balanco energético
da glicose constata-se que na fase de ativação da glicose foram gastos 2 ATP,
de modo que aos 4 ATP produzidos devem subtrair-se os 2 ATP consumidos,
havendo, portanto, em termos energéticos, um saldo de 2 moléculas de ATP.
O ciclo é conhecido também
por ciclo do ácido cítrico, mas recebeu o nome de krebs em homenagem de hans
krebs, pelo trabalho desenvolvido sobre essa via metabólica.
As moléculas de ácido
pirúvico (com 3 carbonos) resultante da degradação da glicose penetram no
interior das mitocôndrias onde ocorrera a respiração propriamente dita. Cada
acido pirúvico reage com uma molécula da substancia conhecida como coenzimas A
(CoA) originando três tipos de produtos: acetil-coenzima A (acetil-CoA), dióxido
de carbono e hidrogénio. Nessa reação, os átomos de hidrogénio são recebidos
pela molécula de NAD que fica reduzida a NADH e o CO2 é libertado.
Em seguida, cada molécula
de acetil-CoA (com 2 carbonos) reage com uma molécula de ácido oxalacetico (com
4 carbonos), resultando em ácido cítrico (com 6 carbonos) e coenzima A. O ácido
cítrico sofre diversas reações (formando compostos com 5 carbonos) e, em dois momentos,
ocorre a saída de CO2. No fim do ciclo, o acido oxalacetico (com 4
carbonos) regeneram-se, não sendo gasto no processo.
Em síntese, por cada
volta do ciclo de krebs (o ciclo tem de dar duas voltas porque cada molécula de
glicose é degradada em duas moléculas de acido pirúvico que, por sua vez,
combinam-se com duas moléculas de acetil-CoA) há a destacar as seguintes reações:
·
Formação de duas moléculas de CO2.
·
Libertação de 8 H que vão ser aceites
pelo NAD e FAD que os conduzirão ate a cadeia respiratória.
·
Formação de uma molécula de ATP.
Na cadeia respiratória
os hidrogénios removidos do substrato pelo NAD ou FAD e a agora na forma de
NADH e FADH combinam-se com o oxigénio. No entanto, na mitocôndria, essa combinação
nunca ocorre diretamente, já que essa reação libertaria muita energia, o que
seria prejudicial à célula. Antes de reagirem com o oxigénio, os hidrogénios
percorrem uma longa e complexa trajetória. O NADH cede o hidrogénio a uma
substancia X; esta, por sua vez, fornece-o a uma substancia Y, e assim por
diante. E como se o hidrogénio fosse cedido de mão em mão, numa cadeia de
aceptores intermediários (alem de NAD e FAD são esses os citocromos que tem
natureza proteica), ate chegar ao aceptor final, o oxigénio. Dessa combinação
resultam moléculas de água. Em cada etapa uma pequena quantidade de energia é
libertada e pode ser aproveitada para a produção de ATP.
Na mitocôndria várias
cadeias respiratórias ocorrem ao mesmo tempo. Uma cadeia respiratória pode ser
iniciada tanto por um NADH como por um FADH; no entanto, a quantidade de ATP
produzida é diferente. Enquanto cada NADH permite que sejam fabricadas três moléculas
de ATP, cada FADH promove a produção de apenas duas moléculas de ATP. O papel
de oxigénio em todo o processo é fundamental. Ele é o ponto final dos eletrões
que transitam «escada abaixo».
Observe na figura, um
resumo que relaciona as etapas da respiração aeróbica com as regiões em que
acontecem, tanto no hialoplasma como na mitocôndria.
Como já foi dito, a
glicose decorre no hialoplasma da célula. Na matriz da mitocôndria, o ácido pirúvico
transforma-se em acetil-CoA, que penetra no ciclo de krebs. Os citocromos estão
associados as cristas da mitocôndria, nas quais ocorrem as cadeias respiratórias
e a produção de ATP.
O rendimento energético
da glicose durante o processo de respiração aeróbica, apresenta-se no quadro
abaixo.
A fermentação
compreende um conjunto de reações enzimaticamente controladas através das quais
uma molécula orgânica é degradada em compostos mais simples libertando energia.
O processo fermentativo
ocorre no hialoplasma e o seu mecanismo químico envolve duas etapas;
·
Glicólise
·
Redução do ácido pirúvico.
Todas as etapas da glicólise
decorrem no hialoplasma e são idênticas as da respiração. No entanto, o destino
do ácido pirúvico, produto final da glicose, depende da organização celular e
das condições inerentes ao meio. As duas vias mais comuns são a alcoólica (fermentação
alcoólica) e a láctica (fermentação láctica).
A fermentação alcoólica
ocorre nas leveduras e noutros microrganismos, sendo as duas moléculas do ácido
pirúvico obtidas por degradação da glicose. Na fase da glicólise são
transformadas em duas moléculas de acetaldeído que são seguidamente reduzidas
pelo NADH as duas moléculas de álcool etílico ou etanol e as duas moléculas de dióxido
de carbono. Os dois produtos dessa fermentação são utilizados pelo Homem em
algumas atividades: álcool etílico (etanol) empregue na fabricação de bebidas alcoólicas
(vinho, cerveja, aguardentes, etc.) e o dióxido de carbono, importante na produção
do pão.
Neste tipo de
fermentação existe um rendimento energético duas moléculas de glicose.
Na fermentação láctica
ocorre a conversão imediata de duas moléculas de acido pirúvico em duas moléculas
de acido láctico ou lactado, não havendo libertação de dióxido carbono. O ácido
láctico obtido nesse tipo de fermentação baixa ao pH provocando coagulação das proteínas
do leite e a formação do coágulo usado na fabricação de iogurtes e queijos. A fermentação
láctica também pode ocorrer nas células do tecido muscula de alguns organismos
superiores, nomeadamente no Homem, o que acontece sempre que os músculos são
solicitados a fazer grande esforço e a quantidade de oxigénio fornecida pelo
sangue não é suficiente para ocorrer respiração aeróbica.
Na fermentação láctica
existe um rendimento energético de duas moléculas de ATP por uma molécula de
glicose.
A utilização de outros compostos,
além da glicose, também pode resultar na produção de ATP. Hidratos de carbono, lípidos
e proteínas podem levar à produção de acetil-CoA que movimenta o ciclo de
krebs, conhecido como via final comum.
Este
processo é utilizado na produção de
vinagre comum e do ácido acético industrial. Desenvolve-se também na deterioração
de bebidas de baixo teor alcoólico e na de certos alimentos. É realizada por
bactérias denominadas
acetobactérias, que convertem a molécula de álcool com uma de
oxigénio (necessário à reação) em uma molécula de ácido acético e outra de
água. Assim temos C
2H
5OH + O
2 → CH
3COOH + H
2O.
As
acetobactérias,
também conhecidas por
bactérias acéticas, necessitam de
oxigênio para realizar acetificação. Por essa razão, multiplicam-se mais na
parte superior do vinho que está sendo transformada em vinagre. O melhor
rendimento da reação acética ocorrerá a uma temperatura entre
os 25 e os 30ºC.
Em síntese concluímos
que a respiração celular é um processo de suma importância nos seres vivos, por
ela conseguimos gerar energia para todos os processos celulares e conseguimos
manter a temperatura do corpo.
MULLER, Susann,
Biologia; 12.a classe; Lda,
Mocambique, Maputo; Fevereiro de 2011.
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