RESPIRAÇÃO AERÓBICA: CARACTERÍSTICAS, FASES E ORGANISMOS - BIOLOGIA - 2025

A respiração aeróbia ou aeróbia é um processo biológico que envolve a obtenção de energia de moléculas orgânicas - principalmente a glicose - por uma série de reações de oxidação, onde o aceptor final de elétrons é o oxigênio.

Este processo está presente na grande maioria dos seres orgânicos, especificamente nos eucariotos. Todos os animais, plantas e fungos respiram aerobicamente. Além disso, algumas bactérias também apresentam metabolismo aeróbio.

Nos eucariotos, a maquinaria para a respiração celular está localizada nas mitocôndrias.

Fonte: National Human Genome Research Institute (NHGRI) de Bethesda, MD, EUA, via Wikimedia Commons

Em geral, o processo de obtenção de energia da molécula de glicose é dividido em glicólise (essa etapa é comum nas vias aeróbia e anaeróbia), o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons.

O conceito de respiração aeróbica se opõe à respiração anaeróbica. Neste último, o aceptor final dos elétrons é outra substância inorgânica, diferente do oxigênio. É típico de alguns procariontes.

O que é oxigênio?

Antes de discutir o processo de respiração aeróbia, é necessário conhecer alguns aspectos da molécula de oxigênio.

É um elemento químico representado na tabela periódica pela letra O e o número atômico 8. Sob condições padrão de temperatura e pressão, o oxigênio tende a se ligar aos pares, dando origem à molécula de dioxigênio.

Esse gás, composto por dois átomos de oxigênio, não tem cor, odor ou sabor e é representado pela fórmula O ₂. Na atmosfera, é um componente proeminente e necessário para sustentar a maioria das formas de vida na Terra.

Graças à natureza gasosa do oxigênio, a molécula é capaz de cruzar livremente as membranas celulares - tanto a membrana externa que separa a célula do ambiente extracelular, quanto as membranas dos compartimentos subcelulares, incluindo as mitocôndrias.

Características da respiração

As células usam as moléculas que ingerimos por meio de nossa dieta como uma espécie de “combustível” respiratório.

A respiração celular é o processo gerador de energia, na forma de moléculas de ATP, onde as moléculas a serem degradadas sofrem oxidação e o aceptor final dos elétrons é, na maioria das vezes, uma molécula inorgânica.

Uma característica essencial que permite que os processos respiratórios ocorram é a presença de uma cadeia de transporte de elétrons. Na respiração aeróbica, o aceptor final de elétrons é a molécula de oxigênio.

Em condições normais, esses "combustíveis" são carboidratos ou carboidratos e gorduras ou lipídios. Como o corpo entra em condições precárias por falta de alimentos, ele recorre ao uso de proteínas para tentar satisfazer suas demandas energéticas.

A palavra respiração faz parte do nosso vocabulário na vida cotidiana. O ato de levar ar para os pulmões, em ciclos contínuos de exalações e inalações, chamamos de respiração.

Porém, no contexto formal das ciências da vida, tal ação é designada pelo termo ventilação. Assim, o termo respiração é usado para se referir a processos que ocorrem no nível celular.

Processos (etapas)

As etapas da respiração aeróbia envolvem as etapas necessárias para extrair energia das moléculas orgânicas - neste caso descreveremos o caso da molécula de glicose como combustível respiratório - até chegar ao aceptor de oxigênio.

Esta complexa via metabólica é dividida em glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons:

Glicolise

Figura 1: glicólise vs gliconeogênese. Reações e enzimas envolvidas.

A primeira etapa na quebra do monômero de glicose é a glicólise, também chamada de glicólise. Esta etapa não requer oxigênio diretamente e está presente em praticamente todos os seres vivos.

O objetivo dessa via metabólica é a clivagem da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico, obtendo duas moléculas de energia líquida (ATP) e reduzindo duas moléculas de NAD ⁺.

Na presença de oxigênio, o caminho pode continuar até o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. Caso o oxigênio esteja ausente, as moléculas seguiriam a rota de fermentação. Em outras palavras, a glicólise é uma via metabólica comum para a respiração aeróbica e anaeróbica.

Antes do ciclo de Krebs, deve ocorrer a descarboxilação oxidativa do ácido pirúvico. Essa etapa é mediada por um complexo enzimático muito importante, denominado piruvato desidrogenase, que realiza a reação citada.

Assim, o piruvato passa a ser um radical acetila que é posteriormente capturado pela coenzima A, responsável por transportá-lo até o ciclo de Krebs.

ciclo de Krebs

O ciclo de Krebs, também conhecido como ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico, consiste em uma série de reações bioquímicas catalisadas por enzimas específicas que buscam liberar gradualmente a energia química armazenada na acetil coenzima A.

É uma via que oxida completamente a molécula do piruvato e ocorre na matriz da mitocôndria.

Este ciclo é baseado em uma série de reações de oxidação e redução que transferem energia potencial na forma de elétrons para os elementos que os aceitam, principalmente a molécula NAD ⁺.

Resumo do ciclo de Krebs

Cada molécula de ácido pirúvico se divide em dióxido de carbono e uma molécula de dois carbonos, conhecida como grupo acetil. Com a união à coenzima A (mencionada na seção anterior), o complexo de acetil coenzima A é formado.

Os dois carbonos do ácido pirúvico entram no ciclo, condensam-se com oxaloacetato e formam uma molécula de citrato de seis carbonos. Assim, ocorrem reações de etapa oxidativa. O citrato reverte para oxaloacetato com uma produção teórica de 2 moles de dióxido de carbono, 3 moles de NADH, 1 de FADH ₂ e 1 mol de GTP.

Como duas moléculas de piruvato são formadas na glicólise, uma molécula de glicose envolve duas revoluções do ciclo de Krebs.

Cadeia de transporte de elétrons

Uma cadeia de transporte de elétrons consiste em uma sequência de proteínas que têm a capacidade de realizar reações de oxidação e redução.

A passagem de elétrons através desses complexos proteicos resulta em uma liberação gradual de energia que é subsequentemente usada na geração de ATP pelos quimioosmóticos. É importante ressaltar que a última reação em cadeia é do tipo irreversível.

Em organismos eucarióticos, que possuem compartimentos subcelulares, os elementos da cadeia transportadora são ancorados à membrana da mitocôndria. Em procariontes, que não possuem esses compartimentos, os elementos da cadeia estão localizados na membrana plasmática da célula.

As reações dessa cadeia levam à formação do ATP, por meio da energia obtida pelo deslocamento do hidrogênio pelos transportadores, até chegar ao aceptor final: o oxigênio, reação que produz água.

Classes de moléculas transportadoras

A corrente é composta por três variantes de transportadores. A primeira classe são as flavoproteínas, caracterizadas pela presença de flavina. Este tipo de transportador pode realizar dois tipos de reações, tanto de redução quanto de oxidação, alternativamente.

O segundo tipo é composto de citocromos. Essas proteínas possuem um grupo heme (como o da hemoglobina), que pode apresentar diferentes estados de oxidação.

A última classe de transportador é a ubiquinona, também conhecida como coenzima Q. Essas moléculas não são de natureza proteica.

Organismos com respiração aeróbica

A maioria dos organismos vivos tem respiração do tipo aeróbio. É típico de organismos eucarióticos (seres com um verdadeiro núcleo em suas células, delimitado por uma membrana). Todos os animais, plantas e fungos respiram aerobicamente.

Animais e fungos são organismos heterotróficos, o que significa que o "combustível" que será utilizado na via metabólica da respiração deve ser consumido ativamente na dieta alimentar. Em contraste com as plantas, que têm a capacidade de produzir seus próprios alimentos por meio da fotossíntese.

Alguns gêneros de procariotos também precisam de oxigênio para sua respiração. Especificamente, existem bactérias aeróbias estritas - isto é, elas crescem apenas em ambientes ricos em oxigênio, como as pseudomonas.

Outros gêneros de bactérias têm a capacidade de alterar seu metabolismo de aeróbio para anaeróbico com base nas condições ambientais, como as salmonelas. Em procariotos, ser aeróbio ou anaeróbio é uma característica importante para sua classificação.

Diferenças da respiração anaeróbica

O processo oposto à respiração aeróbica é o modo anaeróbico. A diferença mais óbvia entre os dois é o uso de oxigênio como o aceptor final de elétrons. A respiração anaeróbica usa outras moléculas inorgânicas como aceptores.

Além disso, na respiração anaeróbica, o produto final das reações é uma molécula que ainda tem potencial para continuar a oxidar. Por exemplo, o ácido láctico formado nos músculos durante a fermentação. Em contraste, os produtos finais da respiração aeróbica são dióxido de carbono e água.

Também existem diferenças do ponto de vista energético. Na via anaeróbia, apenas duas moléculas de ATP são produzidas (correspondendo à via glicolítica), enquanto na respiração aeróbia o produto final é geralmente cerca de 38 moléculas de ATP - o que é uma diferença significativa.

Referências

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