Em fotossíntese, estudamos que os glicídios têm sua energia armazenada nas ligações químicas entre os átomos que os constituem. A respiração consiste no processo de síntese de ATP, que envolve uma cadeia respiratória. Pode ocorrer na presença de oxigênio, sendo aeróbia, ou na ausência de oxigênio, sendo anaeróbia. A respiração aeróbia possui o oxigênio como aceptor final de hidrogênios; e a anaeróbia possui como aceptor final de hidrogênios uma substância como o sulfato e o nitrato, mas nunca o oxigênio.
A respiração aeróbia é realizada por muitos procariontes, protistas, fungos, plantas e animais. Existem quatro etapas interligadas na respiração: a glicólise, que não depende de oxigênio – em procariontes, ocorre no citoplasma celular, e em eucariontes, no citosol; o ciclo de Krebs, que depende de oxigênio – em procariontes, ocorre no citoplasma celular, e em eucariontes, no interior das mitocôndrias; e a cadeia respiratória e fosforilação oxidativa, que em procariontes, ocorrem na face interna da membrana plasmática, e em eucariontes, ocorrem no interior das mitocôndrias.
Glicólise
O ponto de partida da respiração celular é a glicólise. Em eucariontes, a glicólise (quebra da molécula de glicose em dois ácidos pirúvicos/ piruvatos) acontece no citosol, em várias etapas comandadas por diferentes enzimas. São elas:
► ativação: a molécula de glicose recebe um fosfato (ATP → ADP) e vira glicose-6-fosfato;
► mudança conformacional: frutose-6-fosfato (fórmula idêntica à glicose);
► recebimento de novo fosfato: frutose-1,6-difosfato (ATP → ADP);
► fragmentação: formação de dois compostos de três carbonos (gliceraldeído-3-fosfato);
► oxidação dos gliceraldeídos: perdem átomos de hidrogênio energizados para moléculas de NAD, que sofrem redução (NAD → NADH2). Além disso, esta reação libera energia suficiente para que um fosfato seja incorporado aos carbonos de ambas as moléculas de gliceraldeído (ligações energéticas). Obtêm-se duas moléculas de 1,3-difosfoglicerato;
► formação de ATP: os fosfatos recém-incorporados pelas moléculas de difosfoglicerato são liberados para formação de dois ATPs (ADP + Pi → ATP);
► desidratação: pela perda de uma molécula de água, forma-se o ácido fosfoglicérico (fosfoenolpiruvato). Estas alterações tornam o fosfato altamente energético;
► formação de ATP: os fosfatos são transferidos para duas moléculas de ADP. Formação de ATP e piruvato (ácido pirúvico).
► Produtos resultantes da glicólise: 2 ácidos pirúvicos, 2 ADPs, 4 ATPs e 2 NADH2.
Ciclo de Krebs (CK)
Ocorre na matriz da mitocôndria, utilizando o piruvato produzido ao final da glicólise. Começa e termina pelo ácido oxaloacético.
► oxidação do piruvato: as moléculas de ácido pirúvico (3C) perdem o grupo carboxila (COOH), transformando-se em acetila e liberando CO2. Para cada piruvato oxidado, são liberados dois hidrogênios, formando NADH2;
► coenzima A (CoA): unindo-se à acetila, a coenzima A gera a acetil- coenzima A, ou apenas Acetil – CoA;
► a Coenzima A entrega a acetila ao ácido oxaloacético (4C), que origina o ácido cítrico;
► o ciclo prossegue com algumas reações que liberam dois CO2, que culminam com a regeneração do ácido oxaloacético. A energia liberada por essas reações é utilizada para síntese de ATP, de três moléculas de NADH2 e uma molécula de FADH2.
► Produtos resultantes do Ciclo de Krebs: Como cada molécula de glicose é convertida em duas moléculas de acetila, o ganho, por molécula de glicose, é 2 ATP, 6 NADH2 e 2 NADH2.
Encruzilhada Metabólica Celular
Sabemos que os carboidratos digeridos pelos seres vivos produzem vários monossacarídeos, entre eles a glicose. Quando as células recebem esses monossacarídeos, parte fica armazenada e parte entra no processo de respiração celular. Acontece que as proteínas e gorduras também podem participar da respiração celular como fonte de energia: após a degradação no sistema digestório, proteínas formam vários aminoácidos que podem dar origem a novas proteínas ou, quando em excesso, participar da respiração celular. São convertidos em piruvato ou em produtos intermediários do Ciclo de Krebs por um processo chamado desaminação (remoção do grupo NH2 – eliminado como ureia, amônia ou ácido úrico).
As gorduras, depois da digestão, são convertidas em ácidos graxos e glicerol. O glicerol é convertido em intermediários da glicólise e os ácidos graxos são convertidos pelos peroxissomos em intermediários do ciclo de Krebs. A queima de gorduras no CK produz mais ATP do que a queima da mesma quantidade de carboidratos ou proteínas.
Cadeia Respiratória
Os elétrons energizados que foram armazenados nas ligações químicas de NADH2 FADH2 serão oxidados (cederão os elétrons juntamente com os prótons de hidrogênio) para uma cadeia de citocromos, através da qual a energia é gradativamente liberada. Esta energia é utilizada na síntese de ATP a partir de ADP e Pi (fosforilação oxidativa).
Ao final da cadeia de citocromos, os elétrons em seu estado fundamental (sem energia) se combinam com um oxigênio e com prótons de hidrogênios (íons H+), produzindo moléculas de água. Desta forma, o oxigênio é o aceptor final de elétrons da cadeia respiratória.
Como o processo de degradação da glicose envolve a liberação de moléculas de gás carbônico, a utilização de oxigênio como aceptor final de elétrons e a formação de uma molécula de água recebe o nome de respiração aeróbia.
Dados energéticos:
► cada par de elétrons oriundo do NADH2 possui energia suficiente para a produção de três ATPs;
► cada par de elétrons oriundos do FADH2 possui energia suficiente para a produção de dois ATPs.
