O que é a respiração celular

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Unidade 2- Metabolismo energético: Respiração celular aeróbica e fermentação
O que é a respiração celular?
A respiração celular é um processo metabólico fundamental que ocorre de maneira contínua em todos os organismos vivos. Seu objetivo principal é gerar energia necessária para a sobrevivência das células na forma de ATP (Adenosina trifosfato).
Alguns organismos conseguem executar o que chamamos de respiração anaeróbica, dispensando a presença de oxigênio.
No entanto, outros seres vivos, incluindo animais, plantas, fungos e algumas bactérias, dependem da respiração aeróbica, que precisa de oxigênio para acontecer.
Quais os tipos de respiração celular?
A seguir, vamos analisar os diferentes tipos de respiração celular.
· Respiração celular aeróbica
A respiração celular aeróbica é vital para organismos dependentes de oxigênio, pois converte glicose em ATP, uma eficiente fonte de energia para funções metabólicas e atividades celulares.
· Respiração celular anaeróbica
Em ambientes com baixa concentração de oxigênio, como regiões marinhas e lagos de maior profundidade, os organismos recorrem a alternativas para o transporte de elétrons durante a respiração celular. Esse processo é conduzido por diversas bactérias que utilizam compostos como enxofre, nitrogênio, manganês e ferro como substitutos para a transferência de elétrons.
Algumas bactérias, por falta das enzimas necessárias para o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória, não conseguem realizar a respiração aeróbica.
Quando expostos ao oxigênio, esses organismos podem até mesmo não sobreviver, e são categorizados como anaeróbios estritos. Um exemplo é a bactéria Clostridium tetani, responsável pelo tétano.
Etapas da respiração celular aeróbica
Conheça as três etapas do processo de respiração celular aeróbica: glicólise, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa.
Glicólise
A glicólise é o processo em que a glicose se quebra em partes menores, liberando energia. Essa etapa metabólica ocorre no citoplasma da célula, enquanto as outras são realizadas nas mitocôndrias. 
A glicose (C6H12O6) se divide em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (C3H4O3). São várias etapas oxidativas, que envolvem enzimas presentes no citoplasma, bem como moléculas de NAD. Elas realizam a desidrogenação das moléculas, ou seja, removem os hidrogênios dos quais os elétrons serão doados para a cadeia respiratória.
Ao final, obtém-se o saldo de duas moléculas de ATP (que armazenam energia).
Ciclo de Krebs
Aqui, cada molécula de piruvato ou ácido pirúvico (produzida na etapa anterior) entra na mitocôndria. Lá, elas passas por diversas reações que resultam na formação de mais moléculas de ATP.
Antes mesmo de iniciar o ciclo, ainda no citoplasma, o piruvato perde um carbono (descarboxilação) e um hidrogênio (desidrogenação) formando o grupo acetil [CH3−C(=O)−]. O grupo acetil se une à coenzima A, formando acetil-CoA.
Na mitocôndria, a acetil-CoA se integra em um ciclo de reações oxidativas que irão transformar os carbonos presentes nas moléculas envolvidas em CO2. Dessa maneira, o gás CO2 será removido do organismo através da expiração.
Durante esse processo, ocorre a liberação de CO2 e a produção de ATP, NADH e FADH2, essenciais para gerar energia a partir da glicose.
Através dessas sucessivas descarboxilações das moléculas será liberada energia que serão armazenadas pelo ATP. 
Fosforilação oxidativa
A fosforilação oxidativa, também conhecida como cadeia respiratória, é a última etapa metabólica da respiração celular aeróbica. Ela é responsável pela maior parte da energia produzida durante o processo.
Nesta fase, ocorre a transferência de elétrons que derivam dos hidrogênios retirados das substâncias envolvidas nas etapas anteriores. Isso permite a formação de moléculas de água e de ATP.
No processo de transferência, diversas moléculas intermediárias estão presentes tanto nas células procariontes quanto nas cristas mitocondriais das células eucariontes.
Elas formam a cadeia transportadora de elétrons e incluem complexas proteínas, como citocromos, NAD, coenzima Q e ubiquinona.
Ao longo da fosforilação oxidativa, íons de hidrogênios são lançados no espaço entre as membranas interna e externa da mitocôndria, gerando um gradiente de concentração cujo potencial quimiosmótico será usado pela ATP-Sintase para produzir ATP.
O resultado desta fase é marcado pela maior produção de ATP, resultando em cerca de 32 a 34 ATP, encerrando assim o processo de respiração celular aeróbica.
Etapas da respiração celular anaeróbica
Confira as fases da respiração celular anaeróbica:
Glicólise
A primeira etapa da fermentação é a glicólise, na qual uma molécula de glicose se divide em duas moléculas de ácido pirúvico. Esse processo resulta na produção de 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo reduzida).
Fermentação
Na ausência de oxigênio, as células não podem realizar o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. Nesse cenário, o ácido pirúvico, produzido na glicólise, é convertido em diferentes produtos, dependendo do tipo de fermentação. 
Fermentação lática
Em células, como as dos músculos durante atividades intensas, o ácido pirúvico se converte em ácido lático. Isso ocorre em seres humanos durante exercícios vigorosos, resultando na produção rápida de ATP, mas também levando à fadiga muscular devido ao acúmulo de ácido lático.
Fermentação alcoólica
Em leveduras e algumas bactérias, o ácido pirúvico se converte em álcool etílico (etanol) e dióxido de carbono. Usamos esse processo na fabricação de álcool, pão e outros produtos fermentados.
Ou seja, a respiração anaeróbica resulta na produção de um número limitado de ATP, geralmente apenas 2 ATPs, o que contrasta com a respiração aeróbica, onde a cadeia respiratória é capaz de gerar uma quantidade significativamente maior de ATP.
Saldo energético da respiração celular
O saldo energético da respiração celular varia dependendo do tipo de respiração celular (aeróbica ou anaeróbica) e das condições específicas de cada célula e organismo.
No entanto, na respiração celular aeróbica, que é a forma mais eficiente de produção de energia, o saldo energético pode ser resumido da seguinte forma:
Glicólise
Produz 4 moléculas de ATP (energia) por molécula de glicose quebrada, mas também consome 2 moléculas de ATP no processo líquido, resultando em um saldo energético de 2 ATP.
4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH
Ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico)
Gera 2 moléculas de ATP por molécula de glicose quebrada.
2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP
Cadeia de transporte de elétrons
Produz um grande número de moléculas de ATP (geralmente cerca de 34 a 36 ATP) por molécula de glicose.
2 NADH da glicólise → 6 ATP
8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP
2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP
34 ATP
No total, na respiração celular aeróbica, você obtém um saldo líquido de aproximadamente 36 a 38 moléculas de ATP por molécula de glicose que é oxidada. Vale ressaltar que esses valores podem variar dependendo de vários fatores, mas essa é uma estimativa geral do saldo energético.
Agora, na respiração anaeróbica e na fermentação, o saldo energético é muito menor, pois não ocorre a cadeia de transporte de elétrons, resultando na produção de apenas 2 ATP por molécula de glicose.
Resumo: respiração celular
Veja um resumo sobre o assunto para ter em mente o que é essencial saber:
· A respiração celular é um processo vital para a produção de energia nas células, ocorrendo de duas maneiras -- aeróbica (com oxigênio) e anaeróbica (sem oxigênio);
· Na respiração aeróbica, a glicose é degradada, produzindo cerca de 36-38 ATP por molécula de glicose;
· Enquanto na respiração anaeróbica, a glicose se degradada parcialmente, resultando em apenas 2 ATP por molécula de glicose e subprodutos como ácido lático ou álcool;
· O saldo energético varia com o tipo de respiração e as condições celulares, com a aeróbica sendo mais eficiente em termos de ATP gerado;
· A respiração celular é essencial para a produção de energia nas células,sendo afetada pelo oxigênio disponível e influenciando a quantidade de ATP produzida.
Atividades complementares da Unidade 2
1. O que é respiração celular e qual a sua importância ?
2. Quais as etapas da respiração celular? E em quais locais da célula acontece cada uma delas?
3. A respeito da glicólise, marque a alternativa incorreta:
a) A glicólise engloba cerca de dez reações químicas diferentes.
b) Na glicólise ocorre a quebra da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico.
c) A glicólise ocorre na matriz mitocondrial.
d) O saldo positivo de ATP no final da glicólise é de duas moléculas.
e) A glicólise é uma etapa anaeróbia.
4. (UFPA) O processo de respiração celular é responsável pelo(a)
a) consumo de dióxido de carbono e liberação de oxigênio para as células.
b) síntese de moléculas orgânicas ricas em energia.
c) redução de moléculas de dióxido de carbono em glicose.
d) liberação de energia para as funções vitais celulares.
5. (UFRGS) As células animais para a produção de energia necessitam de oxigênio, enzimas e substrato. Em relação ao processo de produção de energia, considere as afirmações abaixo.
I - A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias.
II - Na fase aeróbia, ocorre alta produção de ATP.
III - A glicólise possui uma fase aeróbia e outra anaeróbia.
Quais estão corretas?
a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e II. d) Apenas II e III.
6. Ao final do processo de respiração celular, qual o rendimento de ATP obtido por uma molécula de glicose?
7. Sabemos que a respiração celular é constituída por três etapas principais. Analise as alternativas a seguir e marque a etapa da respiração celular que ocorre no citosol.
a) Glicólise. b) Cadeia respiratória. c) Ciclo de Calvin. d) Ciclo de Krebs.
8. A fermentação e a respiração celular apresentam uma etapa em comum, apesar de serem processos bastante distintos. Observe as alternativas a seguir e marque aquela que apresenta um processo comum à fermentação e à respiração celular.
a) Ciclo de Krebs. b) Glicólise. c) Ciclo de Calvin. d) Cadeia respiratória.
9. A fermentação e a respiração celular são dois processos de obtenção de energia. Entretanto, um deles obtém maior quantidade de ATP que o outro. Marque a alternativa correta a repeito do rendimento dos dois processos.
a) A fermentação é um processo mais eficiente, uma vez que o saldo final é de 30 ATP.
b) A respiração celular é um processo pouco eficiente, pois são obtidos apenas 2 ATP.
c) O saldo final de ATP da respiração celular é muito maior que o saldo da fermentação, que é de apenas 50 ATP.
d) A fermentação possui um saldo de apenas 2 ATP, apresentando, portanto, pouco rendimento.
10. (FUVEST) Um atleta, que participou de uma corrida de 1500m, desmaiou depois de ter percorrido cerca de 800m devido à oxigenação deficiente em seu cérebro. Sabendo-se que as células musculares podem obter energia por meio da respiração aeróbica ou fermentação, nos músculos do atleta desmaiado deve haver acúmulo de:
A) glicose
B) glicogênio
C) monóxido de carbono
D) ácido lático