Como as células obtêm energia - Respiração Celular

Assim como a locomotiva a vapor e os atuais motores a combustão usados nos automóveis, os seres vivos também obtêm energia por meio da “queima” de compostos de carbono. Entretanto, em termos de rendimento energético, a “máquina” biológica é insuperável (mais de 40% de aproveitamento da energia liberada na combustão enquanto os melhores motores aproveitam NO MÁXIMO 25%).

Conhecer os processos biológicos de obtenção de energia é de fundamental importância para entender o metabolismo.

As células necessitam de um suprimento constante de energia para manter sua organização e funcionamento. Essa energia é obtida pela degradação de moléculas orgânicas do alimento. Entretanto, a energia liberada nessa degradação não pode ser utilizada diretamente nas atividades celulares; ela precisa antes ser transferida para moléculas de uma substância armazenadora de energia, o trifosfato de adenosina, mais conhecido pela sigla ATP.

O ATP é um armazenador temporário de energia na célula e atua como “moeda energética”. Todos os seres vivos utilizam moléculas de ATP em suas células.

O ATP é uma molécula formada por uma base nitrogenada, a adenina, por um glicídio, a ribose, e por três fosfatos. As ligações químicas entre os fosfatos são ligações de alta energia. Quando elas são quebradas, sua energia pode ser transferida a diversos processos químicos intracelulares.

A manutenção da atividade vital demanda grande quantidade de ATP. O estoque dessa substância em uma única célula é da ordem de um bilhão de moléculas, utilizadas e repostas a cada dois ou três minutos, ininterruptamente.

No processo de degradação de moléculas orgânicas do alimento, parte da energia liberada é utilizada para sintetizar ATP, a partir de ADP e Pi (fosfato inorgânico), e o restante é perdido na forma de calor. Quando uma atividade celular necessita de energia, o ATP é degradado a ADP e Pi, e a energia liberada nessa reação é utilizada para suprir a demanda energética da célula.

Respiração celular

A maioria dos seres vivos atuais obtém energia por meio da respiração celular, também chamada de aeróbica por utilizar oxigênio atmosférico. Nesse processo, que ocorre no interior das mitocôndrias das células eucarióticas, substâncias nutrientes reagem com o gás oxigênio, liberando energia. Parte dessa energia é armazenada em moléculas de ATP.

Quando uma molécula de glicose reage com 6 moléculas de gás oxigênio, formam-se 6 moléculas de gás carbônico e 6 moléculas de água. A energia liberada nesse processo é suficiente para a fabricação de cerca de 38 moléculas de ATP.

  

 A respiração celular compõem-se de três etapas: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.

• GLICÓLISE – o termo significa quebra da glicose.

Essa etapa inicial ocorre no liquido citoplasmático celular e cada molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico.

No início da glicólise, a célula gasta energia, que é “investida” para ativar a glicose. Para cada molécula de glicose que entra no processo, a célula investe duas moléculas de ATP. Esse investimento, no entanto, é “pago com juros”, pois a energia liberada na glicólise é suficiente para a fabricação de 4 moléculas de ATP, além de serem liberados elétrons energizados e íons H⁺. Os elétrons e os íons são capturados por moléculas de uma substância conhecida como NAD (sigla do inglês Nicotinamide Adenine Dinucleotide) e levados às mitocôndrias, nas quais participam dos processos de fabricação de mais ATP.

A glicólise libera apenas parte da energia disponível na molécula de glicose; o restante continua armazenado nas moléculas de ácido pirúvico e será liberado no ciclo de Krebs, que ocorre no interior das mitocôndrias.

• CICLO DE KREBS – também chamado de ciclo do ácido cítrico.

O ácido pirúvico produzido na glicólise origina uma molécula de gás carbônico e uma de acetil, a qual dará início ao ciclo de Krebs.

 O ciclo se compõe de oito reações seqüenciais, em que a acetil é completamente degradada. Os produtos finais do ciclo de Krebs são duas moléculas de gás carbônico, elétrons energizados e íons H⁺. Estes dois últimos serão usados para produzir ATP na cadeia respiratória.

•   CADEIA RESPIRATÓRIA – também chamada de cadeia transportadora de elétrons.

Na cadeia respiratória, os elétrons energizados, provenientes das outras etapas, passam por proteínas que ficam enfileiradas na membrana interna da mitocôndria, em uma sequência definida, liberando gradativamente seu “excesso” de energia. Essa energia é usada para forçar a passagem dos íons H⁺ para o espaço entre as duas membranas mitocondriais.

Os íons acumulados a força no espaço entre membranas tendem a se difundir de volta para a matriz da mitocôndria, mas só pode fazê-lo passando através de um conjunto de proteínas situado na membrana interna, chamado ATP sintetase. Essa proteína pode ser comparada à turbina de uma usina hidrelétrica: ao ser “movimentada” pela passagem de íons, ela produz energia para fosforilar moléculas de ADP, isto é, para anexar um fosfato ao ADP, transformando-o em ATP. Esse conjunto de reações é chamado de fosforilação oxidativa.

De volta ao interior da mitocôndria, os íons H⁺ combinam-se com os elétrons transportados pela cadeia respiratória e com átomos provenientes do gás oxigênio (atmosférico), formando água.

 

Visão geral da respiração: localização das etapas. A glicólise ocorre no citosol, o ciclo de Krebs na matriz mitocondrial e a cadeia respiratória na membrana interna mitocondrial.