Obtenção de energia pela célula: respiração celular

As células dos organismos vivos necessitam de energia para realizar os seus processos de crescimento e manutenção vital, entre os quais estão os de sintetizar novas substâncias, realizar movimentos, estabelecer trocas passivas e ativas de substâncias através de membranas, produzir calor, eliminar resíduos, desencadear processos de reprodução, etc.

Para obter essa energia realizam o processo de respiração celular que consiste basicamente no processo de extração da energia química armazenada nas moléculas de glicose, com a participação do oxigênio. É um processo contínuo, que acontece em todas as células dos seres aeróbios, tanto de dia como de noite. Se o mecanismo respiratório de entrada de O2 for paralisado num indivíduo, suas células deixam de dispor de energia necessária para o desempenho de suas funções vitais e inicia-se, então, um processo de desorganização da matéria viva, o que acarreta a morte do indivíduo.

A respiração celular da maioria dos seres vivos se realiza dentro de uma estrutura com forma de chinelo: o mitocôndrio, que são verdadeiras “Usinas” de energia. O número de mitocôndrios de uma célula varia de alguns até centenas, dependendo se a célula realiza menos ou mais intensamente a respiração celular.

Nos organismos aeróbicos, a equação simplificada da respiração celular pode ser assim representada:

C6H12O6+O2-> 6 CO2 + 6 H2O + energia

Como a energia é liberada?

Uma maneira eficiente de liberar a energia contida nas ligações químicas da glicose (C6H12O6) é provocar a reação de suas moléculas com o oxigênio (O2).

(C6H12O6) + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + energia

No entanto, a energia não é liberada de uma vez só, pois acarretaria uma liberação de uma quantidade muito grande de energia que não poderia ser aproveitada diretamente pela célula, acabando por ser perdida para o meio ambiente sob a forma de calor. Por isso, a glicose é quebrada aos poucos, formando moléculas menores e liberando pequenas porções energéticas que vão sendo captadas por uma substância chamada ATP (trifosfato). Quando a célula precisa de energia para realizar algum trabalho, o ATP fornece a energia armazenada no seu terceiro fosfato e transforma-se em ADP, pronto para receber novo fosfato e armazenar outra porção energética nessa terceira ligação química, regenerando um novo ATP.

No entanto, grande parte da energia química liberada durante a oxidação da glicose se transforma em calor que contribui para a manutenção de uma temperatura corpórea em níveis que possibilitam a vida, compensando o calor que normalmente um organismo vivo cede para o ambiente, sobretudo nos dias de frio. Isso se verifica principalmente em aves e mamíferos; em outros grupos, como os anfíbios e os répteis, o organismo é aquecido basicamente através de fontes externas de calor, quando, por exemplo, o animal se põe ao sol. 

Quais são as etapas da respiração celular?

As transformações sucessivas da glicose até chegar aos compostos inorgânicos C6H12O6 e H2O permitem dividir a respiração celular em 3 etapas:

Glicólise -> Nessa etapa, a glicose se quebra em duas moléculas de ácido pirúvico, cada uma delas com 3 carbonos. Para essa quebra acontecer, a célula gasta 2 ATP e durante a mesma são produzidos 4 ATP. Portanto, a glicólise apresenta um saldo energético positivo de 2 ATP.

Na conversão da glicose em ácido pivúrico, verifica-se a ação de enzimas denominadas desidrogenases, responsáveis, como o próprio nome diz, pela retirada de hidrogênios da glicose e a sua transferência para uma substância chamada NAD. Cada NAD captura 2 Hidrogênios. Logo, formam-se 2 NADH2 .

C6H12O6 + 2 ATP + 2 NAD -> 2 CH3-CO-COOH +2 NADH2 + 4 ATP

Como se pode observar, nessa etapa não há necessidade de O2 .


Ciclo de Krebs -> As duas moléculas de ácido pirúvico formadas no citoplasma durante a glicólise, entram no mitocôndrio. Ali cada molécula entra em um ciclo de reações químicas em seqüência, onde ocorrem desidrogenações (perda de íons H) e descarboxilações (perda de CO2). As 6 moléculas de CO2 (3 para cada molécula de ácido pirúvico) são imediatamente eliminadas das células, em direção ao meio externo.

Nessa fase, também não há presença ou necessidade de O2 .

 

Cadeia respiratória  -> Essa fase ocorre nas cristas mitocondriais. Os íons hidrogênios (H+) retirados da glicose são transportados, pela cadeia respiratória até o oxigênio, formando água. Durante a passagem pela cadeia, há liberação gradativa de energia, formando ATP.

Ao final, podemos dizer que temos como matéria prima e produtos o seguinte:

C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

 

Para finalizar, é importante chamar atenção de que a reação química geral da respiração celular é o inverso da reação química da fotossíntese. Mais importante ainda, é chamar a atenção de que a respiração é um processo de liberação de energia realizado continuamente (noite e dia) pelos seres aeróbios sejam eles autótrofos ou heterótrofos. Para exemplificar, podemos dizer que a respiração é feita continuamente por todos os vegetais e animais, de dia e de noite.

Já a fotossíntese é um processo de armazenamento de energia no composto orgânico produzido (glicose) realizado somente pelos seres autótrofos, pois só eles possuem clorofila, indispensável para a transformação da energia luminosa em energia química.

Da mesma forma, a respiração celular utiliza O2 e libera CO2 enquanto que a fotossíntese faz o contrário. Em vista disso, podemos dizer que são processos químicos complementares, igualmente importantes e necessários.