Veja ATP, Mitocôndrias, e Glicólise - A respiração celular é um processo bioquímico essencial aos organismos aeróbicos. Através dela quebramos nutrientes e liberamos a energia contida neles. Revise Biologia para arrasar no Enem!
A respiração celular, ou respiração aeróbica, é uma reação de combustão onde as ligações de cadeias carbônicas são quebradas e os átomos de carbono e hidrogênio resultantes ligam-se a átomos de oxigênio formando moléculas de água e gás carbônico.
“Traduzindo” para o português, a respiração celular é uma reação de quebra de moléculas energéticas (como a glicose, açúcar presente em vários alimentos) para liberar energia presente nas suas ligações químicas e transferindo para a moeda energética da célula – o ATP.
Figura 1: Fotomicrografia de mitocôndrias feita por microscópio eletrônico de transmissão.
As mitocôndrias são as organelas celulares responsáveis pela realização de duas das três etapas da respiração celular em seres eucariontes. As mitocôndrias são formadas por duas membranas: uma externa (que delimita a organela) e uma interna (que forma as cristas mitocondriais).
Dica 1: Antes de você começar a estudar a respiração celular, é importante entender bem o que é ATP e como ele funciona. 
A Respiração Celular
A respiração celular é considerada uma reação catabólica que ocorre nas mitocôndrias. Ela é assim definida, pois seu princípio básico é quebrar moléculas altamente energéticas para liberar energia. O processo de combustão que ocorre é a maneira mais eficiente de quebrar a molécula de glicose e dela extrair energia.
A sua reação química simplificada é a seguinte:
Parece muito complicado? Vamos então esmiuçar a reação:
Veja que nos “ingredientes” da reação temos a glicose (que armazena muita energia e foi obtida a partir da digestão dos alimentos que ingerimos) e o oxigênio, que será o aceptor final de elétrons e se combinará com o hidrogênio para formar moléculas de água.
Gás Carbônico + Água
Já nos “produtos”, vemos o gás carbônico, resultado da quebra das cadeias carbônicas (descarboxilações), a água (formada pelos hidrogênios retirados da glicose por meio de desidrogenações que reagiram com o oxigênio) e a energia que é brevemente armazenada na forma de ATP (no total 38 ATPs) e parcialmente liberada na forma de calor.
Todo o calor e energia liberados pela quebra da glicose seriam de violenta intensidade para a célula. Por isso, a glicose é quebrada gradualmente e sua energia liberada aos poucos, ao longo de uma série de reações que constituem a respiração celular.
Se não fosse assim, a energia e o calor liberados de uma só vez poderiam fazer com que a célula entrasse em combustão. Portanto, a respiração celular consiste em oxidações sucessivas por meio da desidrogenação e descarboxilação da molécula de glicose.
Por envolver uma série de reações químicas, a respiração celular é um processo complicado que dividimos em três etapas: a glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa (ou cadeia respiratória).
Veja nesta Figura o Esquema resumindo as etapas da respiração celular.
Glicólise:
O nome desta fase da respiração celular já diz tudo: quebra da molécula de glicose. Esta etapa é realizada ainda no citoplasma da célula. Nesta fase, enzimas reagem com a glicose e a quebram em duas moléculas com três carbonos cada – o ácido pirúvico, que fica disponível em sua forma ionizada – o piruvato.
Dizemos que esta reação “ativa” a molécula da glicose porque produz moléculas mais reativas e instáveis. Para que esta quebra ocorra, são necessários 2 ATPs para inicia-la. Porém, ao fim da quebra da glicose formam-se 4 ATPs, tendo a reação um saldo líquido de 2 ATPs. A reação da glicólise é considerada uma etapa anaeróbica, uma vez que não precisa de oxigênio para ocorrer.
Ciclo de Krebs:
Esta etapa da respiração celular ocorre na matriz mitocondrial. Antes de entrar na mitocôndria, o ácido pirúvico passa por uma transformação onde ele é descarboxilado e desidrogenado e reage com uma enzima, a coenzima A (CoA). Assim, formam-se duas moléculas de dois carbonos cada – dois acetil-COA.
Logo após o acetil- CoA reage com um ácido de quatro carbonos (o ácido oxalacético) liberando a coenzima A e formando um composto de 6 carbonos – o ácido cítrico. O ácido cítrico passará por uma série de desidrogenações (perdas de hidrogênio) e descarboxilações (perdas de carbonos), formando-se vários compostos intermediários.
No fim do processo, o ácido oxalacético é regenerado. Por esse motivo, o ciclo de Krebs também é chamado de ciclo do ácido cítrico.
No total, o ciclo de Krebs tem um saldo positivo de 2 ATPs. Porém o objetivo desse ciclo não é somente a produção de ATP, mas também a produção dos NADH e FADH2. Essas duas moléculas são coenzimas que ajudam a transportar elétrons que vão ajudar a produzir a energia na próxima fase da respiração celular.
Ao entrar no ciclo de Krebs, estas duas enzimas encontram-se oxidadas (NAD+ e FAD+). No fim do ciclo, elas se apresentam reduzidas, pois se ligaram a átomos de hidrogênio (NADH e FADH2). Complicado? Basta você saber que elas transportam os elétrons contidos nos seus átomos e que eles vão ser essenciais na produção de ATP durante a cadeia respiratória.
Cadeia respiratória:
Esta etapa da respiração celular ocorre nas cristas mitocondriais (dobras de membrana que estão no interior das mitocôndrias). Esta fase é chamada de “cadeia” porque os elétrons transportados pelos NADH e FADH2 e obtidos através da quebra dessas moléculas, serão transportados por várias moléculas presentes nas cristas.
À medida que estes elétrons passam de molécula a molécula, vão liberando energia e ela vai sendo capturada e armazenada na forma de ATP. No fim desta cadeia, átomos de oxigênio recebem esses elétrons que saltaram pelas cristas e liberaram energia.
Dessa maneira, o oxigênio fica reduzido e altamente reativo, reagindo com os íons H+ liberados pela quebra das coenzimas transportadoras e, assim, formam água. Todo esse processo é altamente rentável para a célula, formando 34 ATPs.
Como podemos perceber, somando a produção de energia das três etapas da respiração, teremos um saldo de 38 ATPs. Porém, estudos recentes indicam que o transporte desses ATPs para o citoplasma também gasta energia, sobrando entre 30 e 32 ATPs para a célula utilizar.
Venenos agem na Cadeia Respiratória
Fique atento! Existem venenos que agem diretamente sobre a cadeia respiratória. Um exemplo é o cianeto de potássio.
Essa substância bloqueia a passagem dos elétrons que estão saltando na cadeia respiratória para o oxigênio. Assim, uma pessoa contaminada pelo cianeto pode respirar desesperadamente, mas não conseguirá completar a respiração celular e poderá morrer, pois suas células não conseguirão produzir energia suficiente.
Um caso muito triste de envenenamento por cianeto ocorreu no ano de 2013 na cidade de Santa Maria, no Rio Grande do Sul, durante o fatídico incêndio da boate Kiss.
Durante o incêndio, alguns materiais queimados liberaram este composto e outros gases também tóxicos (como o monóxido de carbono que se liga definitivamente às hemácias impedindo a hematose), sendo a principal causa de morte das mais de 240 vítimas.
Figura 3: Boate Kiss de Santa Maria. A principal causa de morte das mais de 240 vítimas foi o envenenamento por cianeto.
Para finalizar sua revisão, que tal ver uma super videoaula da Khan Academy? A videoaula está em inglês, porém você pode clicar nos botões do cando inferior direito para colocar legenas em português. https://pt.khanacademy.org/science/biology/crash-course-bio-ecology/crash-course-biology-science/v/crash-course-biology-107
E você não tem muita paciência para ler legendas, veja esta outra videoaula incrível da Khan Academy sobre os conceitos básicos da respiração celular: https://pt.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/cellular-respiration/v/introduction-to-cellular-respiration.
Exercícios
E aí, conseguiu entender um pouco mais o processo da respiração celular? Beleza! Agora, que tal testar seus conhecimentos?
01 – (UDESC SC/2014) Assinale a alternativa correta quanto à respiração celular.
a) Uma das etapas da respiração celular aeróbia é a glicólise, ocorre na matriz mitocondrial e produz Acetil-CoA.
b) A respiração celular aeróbia é um mecanismo de quebra de glicose na presença de oxigênio, produzindo gás carbônico, água e energia.
c) O Ciclo de Krebs é uma das etapas da respiração celular, ocorre no citoplasma da célula e produz duas moléculas de ácido pirúvico.
d) A etapa final da respiração celular é a glicólise, ocorre na membrana interna da mitocôndria e produz três moléculas de NAD.2H, uma molécula de FAD.2H e uma molécula de ATP.
e) A cadeia respiratória é a etapa final da respiração celular, ocorre no citoplasma da célula, produzindo glicose e oxigênio.
Gab: B
02 – (ACAFE SC/2014) Sobre o processo de obtenção de energia pelos seres vivos é correto afirmar, exceto:
a) A respiração anaeróbica é o processo de extração de energia de compostos orgânicos sem a utilização do O2 como aceptor final de elétrons.
b) A respiração aeróbica compreende três fases, que ocorrem no interior das mitocôndrias: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.
c) A quebra da glicose através da fermentação produz 2 ATPs como saldo energético.
d) Ao contrário da fermentação alcoólica, a fermentação lática não produz CO2.
Gab: B
03 – (UERJ/2014) Laudos confirmam que todas as mortes na Kiss ocorreram pela inalação da fumaça
Necropsia das 234 vítimas daquela noite revela que todas as mortes ocorreram devido à inalação de gás cianídrico e de monóxido de carbono gerados pela queima do revestimento acústico da boate.
Adaptado de ultimosegundo.ig.com.br, 5/03/2013.
Os dois agentes químicos citados no texto, quando absorvidos, provocam o mesmo resultado: paralisação dos músculos e asfixia, culminando na morte do indivíduo.
Com base nessas informações, pode-se afirmar que tanto o gás cianídrico quanto o monóxido de carbono interferem no processo denominado:
a) síntese de DNA
b) transporte de íons
c) eliminação de excretas
d) metabolismo energético
Gab: D
04 – (UNIRG TO/2013) Uma célula viva, independente do organismo ao qual ela pertence, para manter-se viva, necessita realizar, ininterruptamente, a produção de
a) glicose.
b) adenosina trifosfato (ATP).
c) aminoácido (aa).
d) ácido graxo.
Gab: B
05 – (UEM PR/2013) A liberação de energia a partir da quebra de moléculas orgânicas complexas compreende basicamente três fases: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. Sobre esse assunto, assinale o que for correto.
01. Na cadeia respiratória, que ocorre nas cristas mitocondriais, o NADH e o FADH2 funcionam como transportadores de íons H+.
02. A glicólise é um processo metabólico que só ocorre em condições aeróbicas, enquanto o ciclo de Krebs ocorre também nos processos anaeróbicos.
04. Nas células eucarióticas, a glicólise ocorre no citoplasma, enquanto o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória ocorrem no interior das mitocôndrias.
08. No ciclo de Krebs, uma molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico.
16. A utilização de O2 se dá no citoplasma, durante a glicólise.
Gab: 05
06 – (Fuvest-2000) Em uma situação experimental, camundongos respiraram ar contendo gás oxigênio constituído pelo isótopo 18o. A análise de células desses animais deverá detectar a presença de isótopo 18o, primeiramente,
a) no ATP.
b) no NADH.
c) na água.
d) na glicose.
e) no gás carbônico.
Gab.: C
07- (UFRN) Assinale a opção que contém o poluente inodoro e incolor, produzido pela combustão de compostos orgânicos e que, ao ser inspirado, passa dos alvéolos pulmonares para o sangue, penetrando nas hemácias e ligando-se, de forma estável, à hemoglobina:
a) monóxido de carbono
b) dióxido de carbono
c) monóxido de nitrogênio
d) dióxido de nitrogênio
Gab.: A
