respiração celular

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Introdução
A respiração celular é uma das vias metabólicas mais elegantes, majestosas e fascinantes na Terra. Ao mesmo tempo, é também uma das mais complicadas. Quando eu a aprendi pela primeira vez, senti-me como se tivesse tropeçado e caído em uma lata de sopa de letrinhas sabor química orgânica!
Felizmente, a respiração celular não é tão assustadora uma vez que você a conhece. Vamos começar examinando a respiração celular de um ponto de vista mais geral, percorrendo as quatro principais etapas e verificando como elas se conectam umas às outras.
Etapas da respiração celular
Durante a respiração celular, uma molécula de glicose é gradualmente decomposta em dióxido de carbono e água. Ao longo do caminho, alguns ATPs são produzidos diretamente nas reações que transformam a glicose. No entanto, mais tarde, muito mais ATP é produzido em um processo chamado de fosforilação oxidativa. A fosforilação oxidativa é alimentada pelo movimento de elétrons através da cadeia transportadora de elétrons, uma série de proteínas incorporadas na membrana interna da mitocôndria.
Esses elétrons vêm originalmente da glicose e são levados à cadeia transportadora de elétrons por carreadores de elétrons \[\text{NAD}^+\] e \[\text{FAD}\], que se tornam \[\text{NADH}\] e \[\text{FADH}_2\] quando recebem elétrons. Para ser claro, isto é o que está acontecendo no diagrama acima quando este mostra \[+\] \[ \text{NADH}\] ou \[+\] \[ \text{FADH}_2\]. A molécula não está aparecendo do nada, ela está apenas sendo convertida em sua forma transportadora elétrons:
\[\text{NAD}^+\] \[+\] \[2 e^-\] \[+\] \[2 \text H^+\] \[\rightarrow\] \[\text{NADH}\] \[+\] \[\text H^+\]
\[\text{FAD}\] \[+\] \[2e^-\] \[+\] \[2 \text H^+\] \[\rightarrow\] \[\text{FADH}_2\]
Para ver como uma molécula de glicose é convertida em dióxido de carbono e como sua energia é armazenada em ATP e \[\text{NADH}\]\[/\]\[\text{FADH}_2\] em uma das células do seu corpo, vamos caminhar passo a passo através das quatro etapas da respiração celular.
1. Glicólise. Na glicólise, a glicose—açúcar de seis carbonos—sofre uma série de transformações químicas. Ao final, é convertida em duas moléculas de piruvato, uma molécula orgânica de três carbonos. Nessas reações, produz-se ATP e \[\text{NAD}^+\] é convertido em \[\text{NADH}\].
2. Oxidação do piruvato. Cada piruvato da glicólise passa para a matriz mitcondrial—o compartimento mais interno da mitocôndria. Lá, ele é convertido em uma molécula de dois carbonos ligada à Coenzima A, conhecida como acetil CoA. Libera-se dióxido de carbono e \[\text{NADH}\] é produzido.
3. Ciclo do ácido cítrico. A acetil CoA produzida na última etapa combina-se com uma molécula de quatro carbonos e passa por um ciclo de reações, produzindo por fim a molécula de partida, de quatro carbonos. ATP, \[\text{NADH}\], e \[\text{FADH}_2\] são produzidos e o dióxido de carbono é liberado.
4. Oxidação fosforilativa. O \[\text{NADH}\] e o \[\text{FADH}_2\] produzidos nas outras etapas depositam seus elétrons na cadeia transportadora de elétrons, retornando à forma "pura" (\[\text{NAD}^+\] e \[\text{FADH}_2\]). À medida que os elétrons descem pela cadeia, libera-se energia que é usada para bombear prótons para fora da matriz, formando uma gradiente. Os prótons voltam para a matriz por meio de uma enzima chamada de ATP sintase, produzindo ATP. Ao final da cadeia transportadora de elétrons, o oxigênio recebe elétrons e adquire prótons para formar água.
A glicólise pode ocorrer sem oxigênio em um processo chamado fermentação. As outras três etapas da respiração celular — oxidação de piruvato, o ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa — requerem oxigênio para ocorrer. Somente a fosforilação oxidativa usa oxigênio diretamente, mas as outras duas etapas não funcionam sem a fosforilação oxidativa.
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