Introdução à Respiração Celular: Biologia Enem com a Khan Academy!

A respiração celular é um processo bioquímico essencial aos organismos aeróbicos.  É o processo responsável pela quebra dos nutrientes e liberação da energia contida neles para utilização pelas células. Venha revisar Biologia Enem, Encceja e vestibular:

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 para ser utilizada pela célula nas mais diferentes atividades.

Veja o resumo e organize suas ideias!

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:  C6H12O6 + 6CO2 > 6CO2 + 6H2O + ENERGIA.

Parece muito complicado? Vamos então esmiuçar a reação: Veja que nos  “ingredientes”, no lado esquerdo 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.

Já nos “produtos”,  no lado direito da representação, 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 e sua energia liberada aos poucos, ao longo de uma série de reações. Caso 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 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 envolve três etapas: a glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativas.

Glicólise: O nome desta fase já diz tudo: quebra da molécula de glicose. Esta etapa é iniciada ainda no citoplasma.  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.

Para continuar a revisar o assunto, veja esta super vídeo-aula da Khan Academy que introduz a respiração celular:

Gostou do vídeo? Conseguiu relembrar os conceitos básicos da respiração celular? Ainda está meio confuso? Não tem problema!

Ciclo de Krebs: Esta etapa 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. 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 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 36 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.

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 assim poderá morrer , pois suas células não conseguirão produzir energia suficiente.

Um caso muito triste de envenenamento por cianeto ocorreu este ano 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.

Dica 1: Antes de continuar revisando a respiração celular e biologia, que tal relembrar de que maneira as células armazenam temporariamente a energia liberada por esse processo? Para isso, veja esta post sobre o ATP: https://blogdoenem.com.br/biologia-atp-energia/

E aí, conseguiu entender um pouco mais o processo da respiração celular? Beleza! Agora, que tal testar seus conhecimentos?

1) (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.

Resposta: c, pois o oxigênio receberá os elétrons da cadeia respiratória e assim reagirá com íons H+, formando água.

2) (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

Resposta: a.

Dica 2: Quer treinar seus conhecimentos em Biologia? Baixe esta apostila de biologia gratuitamente! https://blogdoenem.com.br/biologia-enem-apostila-gratuita/
Dica 3: Precisa revisar mais conteúdos de biologia? Veja os vídeos de Biologia da Khan Academy já traduzidos para o Português pela equipe da Fundação Lemann no http://www.fundacaolemann.org.br/khanportugues/#videos

Os textos e exemplos acima foram preparados pela professora Juliana Santos para o Blog do Enem. Juliana é formada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Santa Catarina. Dá aulas de Ciências e Biologia em escolas da Grande Florianópolis desde 2007. Facebook: https://www.facebook.com/juliana.evelyndossantos .

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