Bacharel em Ciências Biológicas (UNITAU, 2012) Show
Ouça este artigo: A respiração aeróbica ou aeróbia se trata dos processos bioquímicos que visam à obtenção de energia com o envolvimento do oxigênio nas reações, como ocorre em diversos eventos da fosforilação oxidativa. A energia, que é o produto final dessas reações, é proveniente da molécula de ATP, adenosina trifosfato. O ATP é uma molécula “relativamente” simples composta pela base nitrogenada adenina, açúcar e três fosfatos. A energia que tanto se fala é oriunda, justamente, das duas ligações que unem os fosfatos. Elas são ligações de alta energia que, quando necessário para alguma função ou reação do corpo, são quebradas liberando energia suficiente para esses eventos. A respiração aeróbica pode ser dividida em duas fases: uma fase anaeróbica e outra aeróbica. A fase anaeróbica é composta pela glicólise, que também ocorre na respiração anaeróbia. Essa etapa ocorre no citosol das células e se refere à transformação da glicose em ácido pirúvico ou piruvato. No decorrer dessas reações anaeróbicas, a molécula de adenosina difosfato, ou ADP, recebe um fosfato gerando, assim, o ATP. Mais especificamente, ao fim dessas reações ocorreu o consumo e a produção de energia, sendo assim é possível afirmar que o saldo das reações é a produção de duas moléculas de ATP e outras duas de piruvato para cada molécula de glicose. Após a etapa anaeróbica ocorre a etapa aeróbica. Os piruvatos produzidos migram para as mitocôndrias onde ocorrerá a outra fase do processo respiratório: a fosforilação oxidativa. Veja bem, a fosforilação oxidativa se trata de uma série de eventos que, grosso modo, realizam a degradação do ácido pirúvico até que se formem água e gás carbônico. Esse evento possui alto rendimento, resultando em um saldo de 36 moléculas de ATP para cada molécula de glicose. Isso quer dizer que, enquanto a respiração anaeróbica gera apenas dois ATPs, a aeróbica acaba gerando 36 além dos dois gerados pela glicólise. Vale ressaltar que essas reações que ocorrem na mitocôndria não dependem, exclusivamente, da quebra da glicose (evento anaeróbico). O piruvato, produto da glicolise, pode ser substituído, e frequentemente o é, por ácidos graxos. Isso ocorre porque o acido pirúvico é utilizado para formar um composto denominado Acetil Coenzima A ou Acetil CoA. Nesse sentido, a Acetil CoA também pode ser produzida pela degradação de ácidos graxos por uma reação denominada β oxidação. Enfim, a respiração celular aeróbica se trata dos eventos que geram energia utilizando o oxigênio, existindo no processo uma etapa em que esse elemento não é utilizado. É uma estratégia de obtenção de energia altamente eficiente e representa um dos motivos que possibilitaram o surgimento de seres tão complexos como se é visto hoje em dia. Isso se faz verdadeiro porque o rendimento energético da respiração anaeróbica seria insuficiente para suprir as necessidades dessas formas de vida. Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/bioquimica/respiracao-aerobica/ PRODUÇÃO ENERGÉTICAÉ bastante fácil imaginar que a energia que nos mantém vivos vem da alimentação. Mas qual a relação entre a comida e a energia de uma célula? Quando pensamos na química por trás da produção de energia, devemos focar nossas atenções nas moléculas que servem de combustível aos processos geradores. Assim, depois que ingerimos e digerimos o alimento, cada molécula é direcionada a um conjunto de reações químicas na qual melhor se encaixa. Os carboidratos, foco deste módulo, são movimentados em direção a dois processos principais: respiração celular ou fermentação. Através de várias reações, então, são quebradas as ligações químicas que mantém unidos os átomos dos carboidratos. Logo, se estas ligações químicas continham energia, a energia liberada pela sua quebra se torna disponível para a utilização pela célula. No entanto, precisamos manter em mente que um organismo não pode esperar pelo momento no qual precisará de energia para realizar as reações de respiração celular ou fermentação. Estas etapas do seu metabolismo precisam ser realizadas antes que a célula atinja a carência energética. Desta forma, a energia que antes ligava os átomos dos carboidratos, agora precisa ser transferida para uma molécula que seja mais facilmente empregável quando necessário. Esta molécula recebe o nome de adenosina trifosfato ou trifosfato de adenosina, mas comumente nos referimos a ela pela sua forma abreviada: ATP. Como é possível observar na figura a seguir, uma molécula de ATP contém três grupamentos fosfato, sendo a ligação entre o segundo e o terceiro grupamentos, uma ligação rica em energia e utilizável pela célula. Assim, sempre que há liberação de energia suficiente pela respiração celular ou pela fermentação, esta energia é utilizada pela célula para unir uma adenosina difosfato (ADP) a mais um grupamento fosfato inorgânico (Pi). O ATP resultante pode ser quebrado, por exemplo, na realização de um transporte ativo através da membrana plasmática, na contração muscular, na propagação de um impulso nervoso, etc. Sempre que este ATP é consumido, na verdade, sua ligação química entre fosfatos é quebrada e a célula volta a ter ADP + Pi, além de acessar a energia liberada.  PROCESSOS AERÓBICOS E ANAERÓBICOSCabe ressaltar que, tanto a respiração celular quanto a fermentação, são processos que envolvem muitas reações químicas. Não é necessário memorizar estas reações. As questões costumam cobrar, normalmente, o motivo de realizar uma etapa ou outra em condições diferentes. Por exemplo, é importante entender a diferença entre um processo aeróbico e outro anaeróbico. O primeiro envolve toda reação química que utilize o gás oxigênio (O2) durante o seu desenvolvimento, enquanto o segundo funciona de forma contrária, ou seja, sem O2. Existem estratégias de respiração celular aeróbicas e outras anaeróbicas, mas apenas alguns poucos microrganismos conseguem realizar essa segunda forma. Ambas são igualmente eficientes na produção de ATP e dependem das mitocôndrias para sua ocorrência em eucariotos, mas a segunda forma não emprega O2 na sua realização, substituindo-o por outro gás, normalmente. A fermentação também é um processo anaeróbico, mas não deve ser confundida com a respiração celular anaeróbica. Nenhum destes processos utiliza O2, mas a fermentação envolve um conjunto menor de reações químicas e, com isso, resulta em menor produção de ATP. Como estudar para o ENEM 2023?Curso Preparatório completo ENEM VIP 2023 Em até 12x sem juros de R$ 22,90
As mitocôndrias são organoides presentes em todas as células eucarióticas, animais ou vegetais, cuja atividade se relaciona com o metabolismo energético das células e com a produção de ATP na respiração aeróbia. As mitocôndrias possuem o seu próprio DNA, alguns ribossomos e a capacidade de sintetizar proteínas. Podem se replicar e sempre se originam de mitocôndrias preexistentes. Essas são algumas das características comuns entre as mitocôndrias e os cloroplastos. As mitocôndrias são delimitadas por duas membranas, entre as quais há um espaço de cerca de 60 ângstrons. A membrana externa é lisa, enquanto a membrana interna é provida de numerosas pregas chamadas mitocondriais. O espaço interno da mitocôndria é a mitocondrial. As atividades das mitocôndrias são compartimentadas, ou seja, há uma divisão topográfica entre elas. Algumas acontecem na matriz mitocondrial, enquanto outras se processam junto das cristas mitocondriais. ETAPAS DA RESPIRAÇÃO AERÓBIAA maior rentabilidade da respiração aeróbia em relação à fermentação é explicada pela completa “desmontagem” da molécula da glicose, com seus átomos de carbono separados em moléculas de CO2, e a total remoção dos seus átomos de hidrogênio ricos em energia. A respiração aeróbia (muitas vezes chamada, apenas, de respiração celular) é dividida em 3 etapas: a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória.
Essa etapa da respiração aeróbia é praticamente idêntica à fermentação. Todas as etapas da glicólise acontecem no hialoplasma. Inicialmente, a molécula de glicose recebe 2 grupos fosfato, convertendo-se em frutose 1,6-P: glicose + 2 ATP frutose 1,6–P + 2 ADP A seguir, essa molécula é fragmentada em duas moléculas com 3 átomos de carbono cada. frutose 1,6–P + 4 AD 2 ácido pirúvico + 4 ATP Nessa quebra, duas moléculas de NAD (nicotinamida–adenina-dinucleotídeo) recolhem átomos de hidrogênio com elétrons ricos em energia, convertendo-se em duas moléculas de NADH. Essas duas moléculas de NADH irão levar esses átomos de hidrogênio para o interior das mitocôndrias. A seguir, uma nova oxidação transforma cada molécula de ácido pirúvico em uma molécula de acetil coenzima-A (ou acetil CoA). Nessa passagem, mais duas moléculas de NAD se convertem em NADH. 2 ácido pirúvico + 2 CoA + 2 NAD 2 acetil CoA + 2 NADH + 2 CO2 Até a presente etapa, a partir de uma molécula de glicose foram formadas duas moléculas de acetil CoA, duas moléculas de CO2, duas moléculas de ATP e quatro moléculas de NADH. A transformação do ácido pirúvico em acetil CoA se dá na membrana das mitocôndrias. Portanto, todas as etapas posteriores irão se desenvolver no interior desse organoide citoplasmático, e não mais no hialoplasma. CLICLO DE KREBSNa década de 1930, foi descoberta uma sequência cíclica de reações, que se tornou conhecida por ciclo de Krebs (também chamado ciclo do ácido cítrico ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos). Todas as etapas desse ciclo acontecem no interior das mitocôndrias, mais especificamente na matriz mitocondrial. Esse ciclo remove os átomos de hidrogênio ricos em energia do acetil CoA. Com a retirada dos átomos de hidrogênio, há liberação dos átomos de carbono na forma de CO2, que deixa a célula como o produto estável da respiração aeróbia. Cada volta do ciclo de Krebs é movimentada por uma molécula de acetil CoA. As principais etapas são representadas a seguir. Não há nenhum interesse em memorizá-las. São colocadas apenas para que possamos localizar os pontos de maior liberação de energia química. Inicialmente, a molécula do acetil CoA se funde a uma molécula de ácido oxalacético. A molécula resultante da fusão, o ácido cítrico, tem seis átomos de carbono. Em algumas etapas dessa sequência cíclica são perdidos átomos de carbono e átomos de hidrogênio. Os átomos de carbono entram na formação de moléculas de CO2, liberadas pela célula. Os átomos de hidrogênio, ricos em energia, são recolhidos por aceptores. Um deles é o NAD, anteriormente citado. O outro é o FAD (flavina-adenina-dinucleotídeo). Em uma das etapas da sequência, a energia liberada é suficiente para que uma molécula de ADP se converta em ATP. Portanto, em cada volta do ciclo de Krebs, são geradas duas moléculas de CO2, uma molécula de ATP, três moléculas de NADH e uma de FADH. Como cada molécula de glicose origina duas moléculas de acetil CoA, permite que o ciclo de Krebs seja adicionado duas vezes. No total, o ciclo de Krebs produz, por molécula de glicose: 4 moléculas de CO2 2 moléculas de ATP 6 moléculas de NADH 2 moléculas de FADH As moléculas de CO2 são liberadas pela célula, juntamente com as outras geradas na glicólise, totalizando seis moléculas. As duas moléculas de ATP se tornam disponíveis para serem empregadas nas diversas formas de trabalho celular. As seis moléculas de NADH e as duas de FADH irão levar os átomos de hidrogênio que estão conduzindo para a cadeia respiratória, última etapa da respiração aeróbia. A CADEIA RESPIRATÓRIAA cadeia respiratória, também conhecida como cadeia transportadora de elétrons, é composta de uma série de enzimas aceptoras de elétrons, os citocromos. Todos eles estão presentes junto das cristas mitocondriais, onde a cadeia respiratória acontece. Os citocromos são proteínas dotadas de um anel central, com íons ferro. Quando um citocromo recebe um par de elétrons, os seus íons Fe+++ se transformam em íons Fe++. Quando o par de elétrons é cedido para o citocromo seguinte, os íons ferro retornam ao seu estado inicial. Os pares de elétrons provenientes dos átomos de hidrogênio, ao passarem de um citocromo para outro, vão liberando energia e alcançando níveis energéticos progressivamente mais baixos. Ao mesmo tempo, os prótons H+ circulam pelo espaço existente entre as membranas interna e externa das mitocôndrias. Em algumas etapas da passagem dos pares de elétrons pela cadeia respiratória, a energia liberada é suficiente para que uma molécula de ADP seja ligada a mais um grupo fosfato, formando uma molécula de ATP. Como essa fosforilação se faz graças à energia proveniente da oxidação da glicose, é chamada fosforilação oxidativa. Quando os elétrons entram na cadeia respiratória vindos dos átomos de hidrogênio trazidos pelo NADH, permitem a produção de três moléculas de ATP. Quando são trazidos pelo FADH, apenas duas moléculas de ATP são geradas. No final da passagem dos pares de elétrons pela cadeia transportadora, eles são recolhidos, juntamente com os seus respectivos prótons H+, pelo oxigênio, o que resulta em moléculas de água. O oxigênio é o aceptor final de elétrons da cadeia respiratória. A falta de oxigênio faz com que os elétrons não sejam removidos do complexo de citocromos. Retrogradamente, os outros componentes da cadeia respiratória passam a reter elétrons, por não poder passá-los adiante. Com a parada na progressão dos pares de elétrons, cessa a produção de ATP e a célula morre por falência energética. BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃOAERÓBIAAté a década de 1980, admitia-se a rentabilidade energética da respiração aeróbia como sendo de 38 moléculas de ATP por molécula de glicose degradada. Entretanto, com a descoberta de que a molécula de NADH produzida fora da mitocôndria origina apenas duas moléculas de ATP, esse valor foi revisto. Hoje, considera-se como correto que uma molécula de glicose produz, na respiração aeróbia, 36 moléculas de ATP. Há algumas células, como as células do coração, do fígado e dos rins humanos, que obtêm rendimento de 38 moléculas de ATP por molécula de glicose. Entretanto, para a maioria delas, o rendimento é de 36 moléculas de ATP. EQUAÇÃO GERAL DA RESPIRAÇÃO AERÓBIAC6H12O6 + 6O2 + 36 ADP Þ 6CO2 + 6H2O + 36 ATP O processo de geração energia é um tema bem recorrente no vestibular, e no ENEM não é diferente. Baseado nisso, a questão cobra que o estudante entenda qual a importância do metabolismo energético para o aproveitamento máximo de biomoléculas, relacionando-o com a fisiologia da mitocôndria. Respiração celular anaeróbiaO processo de extração de energia de compostos sem utilização de oxigênio (O2) é denominado respiração anaeróbia. Alguns organismos, como o bacilo de tétano, por exemplo, têm na respiração anaeróbia o único método de obtenção de energia — são os chamados anaeróbicos estritos ou obrigatórios. Outros, como os levedos de cerveja, podem realizar respiração aeróbia ou anaeróbia, de acordo com a presença ou não de oxigênio — são por isso chamados de anaeróbios facultativos. Na respiração aeróbia, o O2 funciona como aceptor final de hidrogênios. Na respiração anaeróbia, também fica evidente a necessidade de algum aceptor de hidrogênios. Certas bactérias anaeróbias utilizam nitratos, sulfatos ou carbonatos como aceptores finais de hidrogênios. Os casos em que os aceptores de hidrogênios são compostos orgânicos que se originam da glicólise. Esses tipos de respiração anaeróbia são chamados de fermentações. FERMENTAÇÃO – RENDIMENTO ENERGÉTICO INFERIORNos processos fermentativos, a glicose não é totalmente “desmontada”. Na verdade, a maior parte da energia química armazenada na glicose permanece nos compostos orgânicos que constituem os produtos finais da fermentação. Há 2 tipos principais de fermentação: a alcoólica e a láctica. Ambas produzem 2 ATP no final do processo. Portanto, o processo fermentativo apresenta um rendimento energético bem inferior ao da respiração aeróbia, que produz 38 ATP. A FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA Na fermentação alcoólica, a glicose inicialmente sofre a glicólise, originando 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 NADH2 e um saldo energético positivo de 2 ATP. em seguida o ácido pirúvico é descarboxilado, originando aldeído acético e CO2, sob a ação de enzimas denominadas descarboxilases. O aldeído acético, então, atua como receptor de hidrogênios do NADH2 e se converte em álcool etílico. As leveduras, fungos unicelulares, são comumente empregados na indústria de bebidas e massas por sua capacidade de realizar fermentação alcoólica (etílica). No caso de vinhos e cervejas, bebidas alcoólicas fermentadas, o produto de interesse é o próprio etanol. Durante a produção da massa de pães e bolos, por outro lado, permite-se a evaporação do álcool, mas o CO2 produzido acaba sendo retido no interior da massa, o que promove seu crescimento. Os fermentos que compramos no mercado ou padaria podem ser de dois tipos. Quando falamos em fermento biológico, o produto adquirido é uma massa de leveduras que fermentará a massa. O fermento químico, no entanto, equivale a um extrato das enzimas desses microrganismos que acaba por cumprir a mesma função. A FERMENTAÇÃO LÁCTICANa fermentação láctica, a glicose sofre glicólise exatamente como na fermentação alcoólica. Porém enquanto na fermentação alcoólica o aceptor de hidrogênios é o próprio aldeído acético, na fermentação láctica o aceptor de hidrogênios é o próprio ácido pirúvico, que se converte em ácido láctico. Portanto, não havendo descarboxilação do ácido pirúvico, não ocorre formação de CO2. Veja a seguir a equação simplificada da fermentação láctica: A fermentação láctica é realizada por micro-organismos (certas bactérias, fungos e protozoários) e por ce Qual é a vantagem da respiração aeróbica sobre a fermentação?Essa abordagem permite-lhes obter mais ATP a partir de suas moléculas de glicose quando o oxigênio está presente — já que a respiração celular aeróbica produz mais ATP do que as vias anaeróbicas — e também manter o metabolismo e permanecer vivo quando o oxigênio é escasso.
Qual a vantagem do processo é respiração celular sobre a fermentação?A fermentação não apresenta uma cadeia de transporte de elétrons, como ocorre na respiração celular. O aceptor final de elétrons na fermentação é uma molécula orgânica, e na respiração celular, é o oxigênio. O processo de fermentação ocorre em apenas uma etapa, diferentemente da respiração celular, que ocorre em três.
Qual a principal diferença entre respiração aeróbica é fermentação?A principal diferença entre os dois processos é a presença do oxigênio. Na respiração celular, o aceptor final de elétrons é o oxigênio que, ao receber íons H+, é convertido a água. A fermentação é um processo que ocorre sem a presença de oxigênio, conhecido, portanto, como um processo anaeróbico.
O que a fermentação é respiração celular têm em comum?A glicólise, que ocorre tanto na fermentação quanto na respiração celular, é um processo anaeróbio em que a glicose é quebrada em duas moléculas de piruvato.
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Qual a vantagem da respiração celular aeróbica sobre a fermentação?
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