Respiração Aeróbica

Definição

Respiração Aeróbica é o processo pelo qual os organismos utilizam oxigénio para transformar combustível, como gorduras e açúcares, em energia química. Em contraste, a respiração anaeróbica não usa oxigênio.

Respiração é usada por todas as células para transformar combustível em energia que pode ser usada para alimentar processos celulares. O produto da respiração é uma molécula chamada adenosina trifosfato (ATP), que utiliza a energia armazenada em suas ligações de fosfato para alimentar reações químicas. É frequentemente referido como a “moeda” da célula.

Aeróbica respiração é muito mais eficiente, e produz ATP muito mais rapidamente, do que a respiração anaeróbica. Isto é porque o oxigénio é um excelente aceitador de electrões para as reacções químicas envolvidas na geração de ATP.

Aeróbica vs Anaeróbica

Similitudes

A respiração aeróbica e anaeróbica são métodos de geração de energia. Ambos também começam da mesma forma, com o processo de glicólise. “Glicólise” significa literalmente “divisão de açúcar”, e envolve a quebra de uma molécula de açúcar em duas moléculas menores.

No processo de glicólise, duas moléculas de ATP são consumidas e quatro são produzidas. Isto resulta em um ganho líquido de duas moléculas de ATP produzidas para cada molécula de açúcar decomposta através da glicólise. É aqui que as semelhanças entre a respiração aeróbica e anaeróbica terminam.

Em células que têm oxigénio e respiração aeróbica podem prosseguir, uma molécula de açúcar é decomposta em duas moléculas de piruvato. Em células que não têm oxigénio, a molécula de açúcar é decomposta em outras formas, como o lactato.

Diferenças

Após a glicólise, diferentes químicos respiratórios podem tomar alguns caminhos diferentes:

• Células usando respiração aeróbica continuam a sua cadeia de transferência de electrões num processo altamente eficiente que acaba por produzir 38 moléculas de ATP de cada molécula de açúcar.
• Células que são privadas de oxigénio mas que normalmente não utilizam a respiração anaeróbica, como as nossas próprias células musculares, podem deixar os produtos finais da glicólise sentados, obtendo apenas dois ATP por molécula de açúcar que dividem. Este é um método ineficiente de obtenção de energia pela respiração.
• Células que são feitas para a respiração anaeróbica, como muitos tipos de bactérias, podem continuar a cadeia de transferência de electrões para extrair mais energia dos produtos finais da glicólise.

Após a glicólise, as células que não utilizam oxigénio para a respiração, mas seguem para um comboio de transporte de electrões podem utilizar um aceitador de electrões diferente, como sulfato ou nitrato, para impulsionar a sua reacção.

Estes processos representam um tipo de respiração anaeróbica chamado “fermentação”. Alguns tipos de reacções de fermentação produzem álcool e dióxido de carbono. É assim que as bebidas alcoólicas e o pão são feitos.

Aeróbica, por outro lado, envia os restos de piruetas da glicólise por um caminho químico muito diferente, cujas etapas são discutidas em detalhe abaixo.

Passos da respiração aeróbica

Equação geral

A equação para respiração aeróbica descreve os reagentes e produtos de todas as suas etapas, incluindo a glicólise. Essa equação é:

1 glucose + 6 O2 → 6 CO2+ 6 H2O + 38 ATP

Em resumo, 1 molécula de glucose de seis carbonos e 6 moléculas de oxigénio são convertidas em 6 moléculas de dióxido de carbono, 6 moléculas de água, e 38 moléculas de ATP. As reações da respiração aeróbica podem ser decompostas em quatro estágios, descritos abaixo.

glicólise

glicólise é o primeiro estágio da respiração aeróbica e ocorre no citoplasma da célula. Ela envolve a divisão de 1 molécula de açúcar de seis carbonos em 2 moléculas piruvato de três carbonos. Este processo cria duas moléculas de ATP.

A equação geral é a seguinte:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 PI + 2 NAD+ → 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

Este processo reduz o co-factor NAD+ a NADH. Isto é importante, pois mais tarde no processo de respiração celular, o NADH irá alimentar a formação de muito mais ATP através da cadeia de transporte de electrões da mitocôndria.

Na fase seguinte, o piruvato é processado para o transformar em combustível para o ciclo do ácido cítrico, utilizando o processo de descarboxilação oxidativa.

Descarboxilação oxidativa do piruvato

2 (Piruvato – + Coenzima A + NAD+ → Acetil CoA + CO2 + NADH)

Descarboxilação oxidativa, por vezes referida como reacção de ligação ou reacção de transição, é a ligação entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. O piruvato é transferido para a matriz mitocondrial através de uma proteína conhecida como translocase piruvada. Aqui, o piruvato é combinado com Coenzima A para liberar uma molécula de dióxido de carbono e formar acetil-CoA.

Esta reação de transição é importante porque acetil-CoA é um combustível ideal para o ciclo do ácido cítrico, que por sua vez pode alimentar o processo de fosforilação oxidativa nas mitocôndrias, que produz enormes quantidades de ATP.

Mais NADH também é criado nesta reação. Isto significa mais combustível para criar mais ATP mais tarde no processo de respiração celular.

Ciclo do ácido cítrico

O ciclo do ácido cítrico, também chamado de ciclo do ácido tricarboxílico ou ciclo de Krebs, é uma série de reações redox que começa com Acetyl CoA. Estas reações ocorrem na matriz das mitocôndrias das células eucarióticas. Nas células procarióticas, ocorre no citoplasma. A reação global é a seguinte:

2 (ACETYL COA + 3 NAD+ + FAD + ADP + PI → CO2 + 3 NADH + FADH2 + ATP + H+ + COENZYME A)

A reação ocorre duas vezes para cada molécula de glicose, já que existem dois pirúvatos e, portanto, duas moléculas de Acetil CoA geradas para entrar no ciclo do ácido cítrico.

Both NADH e FADH2 – outro transportador de electrões para a cadeia de transporte de electrões – são criados. Todos os NADH e FADH2 criados nos passos anteriores entram agora em jogo no processo de fosforilação oxidativa.

Em resumo, para cada rodada do ciclo, dois carbonos entram na reacção sob a forma de Acetil CoA. Estes produzem duas moléculas de dióxido de carbono. As reações geram três moléculas de NADH e uma molécula de FADH. Uma molécula de ATP é produzida.

Fosforilação oxidativa

Fosforilação oxidativa é o estágio primário de fornecimento de energia da respiração aeróbica. Utiliza as membranas dobradas dentro das mitocôndrias da célula para produzir enormes quantidades de ATP.

34 (ADP + PI+ NADH + 1/2 O2 + 2H+ → ATP + NAD+ + 2 H2O)

Neste processo, NADH e FADH2 doam os electrões que obtiveram da glicose durante as etapas anteriores da respiração celular à cadeia de transporte de electrões na membrana das mitocôndrias.

A cadeia de transporte de elétrons consiste de um número de complexos proteicos que estão embutidos na membrana mitocondrial, incluindo o complexo I, Q, complexo III, citocromo C e complexo IV.

Todos eles servem, em última instância, para passar elétrons de níveis de energia mais altos para mais baixos, colhendo a energia liberada no processo. Esta energia é usada para alimentar bombas de prótons, que alimentam a formação de ATP.

Apenas como a bomba de sódio-potássio da membrana celular, as bombas de prótons da membrana mitocondrial são usadas para gerar um gradiente de concentração que pode ser usado para alimentar outros processos.

Os prótons que são transportados através da membrana usando a energia colhida de NADH e FADH2 “querem” passar através das proteínas do canal de sua área de alta concentração para sua área de baixa concentração.

Especificamente, as proteínas do canal são sínteses de ATP, que são enzimas que fazem o ATP. Quando os prótons passam pela ATP synthase, eles impulsionam a formação de ATP.

Este processo é porque as mitocôndrias são referidas como “as potências da célula”. A cadeia de transporte de mitocôndrias faz com que quase 90% de todo o ATP produzido pela célula se decomponha.

Esta é também a etapa que requer oxigênio. Sem moléculas de oxigênio para aceitar os elétrons esgotados no final da cadeia de transporte de elétrons, os elétrons retornariam, e o processo de criação do ATP não seria capaz de continuar.

Respiração aeróbica e perda de peso

Expiração aeróbica é o processo pelo qual muitas células, incluindo a nossa, produzem energia usando alimentos e oxigênio. Também dá origem ao dióxido de carbono, do qual o nosso corpo tem de se livrar.

Expiração aeróbica é a razão pela qual precisamos tanto de alimentos como de oxigénio, pois ambos são necessários para produzir o ATP que permite às nossas células funcionar. Inspiramos O2 e expiramos o mesmo número de moléculas de CO2. De onde veio o átomo de carbono? Vem dos alimentos, como o açúcar e a gordura, que você comeu.

É também por isso que você respira mais forte e mais rápido enquanto realiza atividades de queima de calorias. O seu corpo está a usar tanto o oxigénio como o açúcar a uma velocidade superior à normal e está a produzir mais ATP para alimentar as suas células, juntamente com mais resíduos de CO2.

Embora as nossas células usem normalmente oxigénio para a respiração, quando usamos ATP mais rapidamente do que as moléculas de oxigénio para as nossas células, as nossas células podem efectuar respiração anaeróbica para suprir as suas necessidades durante alguns minutos.

Facto Divertido: A acumulação de ácido láctico a partir da respiração anaeróbia é uma das razões pelas quais os músculos se podem sentir dor após um exercício intenso!

Função da respiração aeróbia

A respiração aeróbia fornece energia para alimentar todos os processos celulares. As reacções produzem ATP, que é depois utilizado para alimentar outras funções vitais, incluindo o crescimento, reparação e manutenção. Por exemplo, o ATP alimenta a ação da bomba de sódio-potássio, que nos permite mover, pensar e perceber o mundo ao nosso redor. O ATP potencializa as ações de muitas enzimas e as ações de incontáveis outras proteínas que sustentam a vida!

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