respiração celular ~ trabalhos de 29 de setembro

Introdução

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⁺).

Glicólise

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.

Ciclo de krebs

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.

Cadeia respiratória

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.

Fontes de libertação de energia;

Fermentação

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.

Glicólise

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).

Fermentação alcoólica

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.

Fermentação láctica

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.

Fermentação acética

A fermentação acética é uma reação química que consiste na oxidação parcial do álcool etílico, com produção de ácido acético.

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 C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O.

Basicamente, para a obtenção do ácido acético recorre-se primeiro à fermentação alcoólica, processo anaeróbio realizado por certas leveduras cujos produtos obtidos incluem álcool etílico e dióxido de carbono. A partir do álcool etílico então obtido, é promovida a oxidação parcial do mesmo (uma reação aeróbia), através das acetobactérias.

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.

Conclusão

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.