Respiração Celular e Fermentação: Um Guia Completo

Ciclo de Krebs

O ciclo de Krebs é a via comum em todas as células aeróbias para a oxidação completa de carboidratos, gorduras e proteínas. Também pode ser o ponto de partida de reações biossintéticas. Isso ocorre porque existem metabólitos intermediários, que podem deixar o citosol e agir como precursores anabolizantes. Neste sentido, é dito que o ciclo de Krebs tem caráter anfibólico.

O processo consiste na oxidação total de acetil-CoA, que é removido como dióxido de carbono. Os íons H+ obtidos nas oxidações sucessivas são usados para formar moléculas de poder redutor e energia química na forma de GTP. Esta energia de formação é conhecida como fosforilação ao nível do substrato.

Em suma, o ciclo de Krebs ocorre da seguinte forma: acetil-CoA une-se ao ácido oxalacético para formar o ácido cítrico, sendo a CoA liberada. Em seguida, produz-se uma série de reações que acabará por gerar o ácido oxalacético novamente. Desta sequência, as reações mais importantes são as que levam às descarboxilações e produzem quatro desidrogenações, 3 com NAD e outra com FAD, e depois liberam energia na forma de GTP.

Cadeia de Transporte de Elétrons (Cadeia Respiratória)

A cadeia de transporte de elétrons corresponde à fase final da respiração, quando os elétrons arrancados das moléculas que são respiradas e armazenados no NADH e FADH2 vão passar por um número de transportadores, localizados nas cristas mitocondriais, formando três complexos enzimáticos. O arranjo dos transportadores permite que os elétrons saltem de um para outro, liberando uma certa quantidade de energia usada para formar uma ligação de alta energia entre o ADP e P, o que resulta em uma molécula de ATP. O aceptor final de elétrons é o oxigênio molecular e o resultado será a formação de água.

Na cadeia respiratória pode-se observar: para cada NADH gerado, são produzidos 3 ATP e para cada FADH2 são produzidos 2 ATP.

Fermentação

As reações de fermentação anaeróbica são reações energéticas essenciais para regenerar o NAD consumido na glicólise, a partir de NADH2. As reações redox produzem muito menos ATP do que a respiração aeróbica. O aceptor final de elétrons/prótons não é o oxigênio, mas uma molécula orgânica simples. Existem dois tipos de fermentação:

• Fermentação Lática: Ocorre em muitos microrganismos e células de organismos superiores, em condições anaeróbicas, para obter energia a partir da lactose do leite, que é previamente hidrolisada para obter glicose. Esta, depois da glicólise, é convertida em lactato (ex: Lactobacillus bulgaris). É a base das indústrias de queijo, iogurte, etc.
• Fermentação Alcoólica: Ocorre em leveduras e muitos outros anaeróbios. O piruvato é descarboxilado e produz acetaldeído que, em seguida, é reduzido a etanol. O acetaldeído é o aceptor final de elétrons.

Respiração Aeróbica

A respiração aeróbica consiste em reações energéticas que as células aeróbicas realizam. A energia é obtida através da transferência de e-/H+ a partir de moléculas orgânicas combustíveis para o oxigênio molecular. Ocorre nas mitocôndrias dos eucariontes e no citoplasma e membrana em procariontes. Ocorre em três fases:

1. Oxidação do piruvato e formação de acetil-CoA.
2. Ciclo de Krebs, em que os restos de acetil são degradados, CO2 é formado e moléculas de poder redutor e energia são geradas.
3. Transporte eletrônico: transporte de e-/H+ a partir de moléculas de poder redutor para o oxigênio molecular. O fluxo de e-/H+ é acoplado à fosforilação do ADP em ATP.

Oxidação do Ácido Pirúvico

O piruvato, através da piruvato desidrogenase, NAD e CoA, é descarboxilado e produz acetil-CoA. Esta reação é inibida quando a quantidade de ATP nas células é alta. Isso ocorre porque sua função é fornecer combustível para a obtenção de energia no ciclo de Krebs. Por outro lado, o NAD é regenerado quando o NADH2 cede seus e-/H+ ao oxigênio molecular na respiração aeróbica mitocondrial. O acetil-CoA é o ponto de entrada para a respiração anaeróbica. Significa que será extraída tanta energia quanto quando a glicose é completamente oxidada a CO2 e H2O. O acetil-CoA desempenha um papel central no metabolismo, por duas razões: sua origem na degradação de diferentes biomoléculas orgânicas e age como um precursor de várias vias biossintéticas.

Hipótese Quimiosmótica

A energia liberada pelo transporte de elétrons é utilizada para bombear prótons da matriz para o espaço intermembranar ou para o estroma no tilacoide. Os prótons são transportados através de complexos enzimáticos de bombeamento existentes, localizados na membrana, gerando um gradiente eletroquímico de prótons que exerce o que é conhecido como força próton-motriz. Quando os prótons atravessam a membrana interna novamente, seguindo o gradiente, eles o fazem através da ATP sintase, que se encontra em tal membrana, onde a energia próton-motriz é transformada em energia de ligação nas moléculas de ATP.

Catabolismo de Proteínas

No catabolismo de proteínas, as proteínas têm diferentes funções energéticas. Distinguem-se três vias de oxidação de aminoácidos:

• Transaminação: Consiste na transferência do grupo amino de um aminoácido para uma molécula chamada alfa-cetoácido, que o aceita e é transformado em outro aminoácido. Portanto, um aminoácido é degradado para permitir que outro seja sintetizado.
• Desaminação oxidativa: É a liberação direta de grupos amino de aminoácidos na forma de NH4+, a partir de alfa-cetoácidos.