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Bolsa limitada por duas membranas
semelhantes à membrana plasmática.
A interna forma uma série de dobras ou septos,
as cristas mitocondriais, entre as quais há uma
solução gelatinosa, a matriz mitocondrial.
Na matriz e na membrana interna, existem
várias enzimas responsáveis pelas reações
químicas da respiração celular.
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Teriam surgido de bactérias que, há cerca de
2,5 bilhões de anos, foram fagocitadas por
células procarióticas maiores e passaram a
viver dentro delas. Esta é a teoria
endossimbiótica das mitocôndrias.
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É aquela que ocorre com consumo de oxigênio.
Na combustão, as ligações químicas são
rompidas com a reação com moléculas de
oxigênio, sendo formados gás carbônico e
água, no final do processo.
Na respiração, ocorre o mesmo, mas de
maneira gradativa, com energia liberada em
pequenas parcelas.
A principal molécula utilizada pelas células
como fonte de energia é a glicose.
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C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + energia
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Glicose + Oxigênio  Gás carbônico + água +
energia
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A energia obtida na respiração celular não é
usada de imediato. Cada parcela é utilizada na
síntese de adenosina-trifosfato(ATP).
O processo se dá através da fosforilação de
uma adenosina-difosfato(ADP).
O ATP fica no citoplasma e quando a célula
necessitar de energia, a ligação entre o ADP e o
fosfato é quebrada, liberando energia e o
fosfato.
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A energia armazenada nas ligações químicas
da glicose é liberada por meio de oxidações
sucessivas. Uma substância se oxida quando
perde elétrons.
No caso da glicose, isso ocorre por meio de
desidrogenações catalisadas pelas enzimas
desidrogenases, que possuem como coenzima o
grupamento nicotinamida-adenina-nucleotídeo
(NAD). Ele vem na forma oxidada: NAD+. O
FAD é outra substância que tem a mesma
função.
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O NAD+ é capaz de se combinar com os átomos de
hidrogênio retirados da molécula quando ela está
sendo oxidada. E um dos hidrogênios fica livre, na
forma iônica, como próton.
NAD+ + 2H  NADH + H+
Do NAD, os hidrogênios são transportados até o
oxigênio absorvido do ambiente, formando água.
Além de perder oxigênio, a glicose é quebrada aos
poucos pela retirada de carbono, a
descarboxilação, feita pelas enzimas
descarboxilases.
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Glicólise
Ciclo de Krebs
Cadeia Respiratória
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Ocorre no hialoplasma e consiste na quebra
parcial da glicose em duas moléculas de ácido
pirúvico.
Durante esta quebra, uma parte da energia da
glicose é liberada em quatro parcelas,
permitindo a produção de quatro moléculas de
ATP.
Como duas moléculas foram gastas para ativar
a glicose, o saldo é de 2ATP nesta etapa. Ocorre
também desidrogenação, com formação de
NADH + H+
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Esta fase ocorre na matriz das mitocôndrias.
Antes de o ciclo se iniciar, há uma etapa
preparatória, no qual o ácido pirúvico é
desidrogenado e descarboxilado, resultando
em uma molécula de NADH + H+ e uma de
CO2. Assim, forma-se a acetila.
A acetila liga-se à coenzima A e passa a ser
chamada de Acetil-Coenzima-A, ou AcetilCoA.
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A Acetil-CoA se liga ao ácido oxalacético, existente
na matriz, e a CoA é retirada do ciclo.
Forma-se o ácido cítrico.
Após uma série de reações em que vários
compostos intermediários são formados, o ácido
oxalacético é regenerado e devolvido à matriz para
um novo ciclo.
Durante estas transformações, são produzidas três
moléculas de NADH + H+, uma molécula de
FAD.2H, duas moléculas de CO2 e uma molécula
de Guanosina-trifosfato (GTP), que logo cederá a
energia ao ATP.
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Como na etapa preparatória, foram produzidas
uma molécula de NADH + H+ e uma de CO2, a
produção total para cada molécula de ácido
pirúvico é 4NADH + 4H+, um FAD.H2, 3CO2 e
um ATP.
Como na glicólise são produzidas duas
moléculas de ácido pirúvico, para cada
molécula de glicose, temos:
8NADH + 8H+, 2FAD.H2, 6CO2 e 2ATP
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Ocorre na membrana interna da mitocôndria.
Aqui, os átomos de hidrogênio retirados pelo
NAD das cadeias de carbono durante a
glicólise e o Ciclo de Krebs são transportados
por várias moléculas intermediárias até o
oxigênio, formando água e grande quantidade
de ATP.
Na realidade não são transportados átomos de
hidrogênio, mas sim seus elétrons, obtidos da
quebra do hidrogênio em elétron e H+.
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As moléculas transportadoras de elétrons estão
arrumadas na membrana interna da
mitocôndria de acordo com o trajeto que os
elétrons percorrem. Há um conjunto de
proteínas (que recebem os elétrons do
NAD.H2), um composto orgânico chamado
ubiquinona e várias proteínas chamadas
citocromos.
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Durante o trajeto, os elétrons formam, com os
transportadores, compostos cuja quantidade de
energia é menor que a do transportador
anterior. Dessa forma, a energia é liberada e
usada na síntese de ATP.
Os transportadores não são gastos no processo.
Nesse processo, o oxigênio é a molécula que se
reduz definitivamente, recebendo elétrons e
íons H+ da solução, formando água.
A célula necessita sempre receber oxigênio,
senão a cadeia respiratória pára.
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A cadeia respiratória é também chamada
fosforilação oxidativa porque a síntese de ATP
depende da entrada de um fosfato no ADP
(fosforilação) e a fosforilação é realizada com
energia proveniente de oxidações.
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No caminho até a água, cada par de hidrogênio
recolhido pelo NAD produz três moléculas de
ATP; se recolhido pelo FAD, produz duas
moléculas.
Dessa cadeia participam, então:



2NAD.2H provenientes da glicólise
2FAD.2H vindos da etapa preparatória do ciclo de
Krebs
8NAD.2H vindos do Ciclo de Krebs (quatro em cada
ciclo).
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Há portanto, 10 moléculas de NAD.2H gerando
30ATP.
Além disso, duas moléculas de FAD.2H,
provenientes do Ciclo de Krebs, formando
4ATP.
Se somarmos 2ATP formados na glicólise, mais
2ATP do Ciclo de Krebs, mais 34 da cadeia
respiratória, temos 38ATP!!
Este balanço é válido nos procariontes. Nos
eucariontes, o hidrogênio perde energia e são
produzidos 2ATPs a menos, portanto, 36ATP.
Onde a glicose é quebrada sem consumo de oxigênio...
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Feita por organismos anaeróbios (o O2 é tóxico
e mortal para eles).
Os anaeróbios não possuem as enzimas
responsáveis pelas reações químicas do ciclo de
Krebs e da cadeia respiratória.
Outros organismos, como o levedo da cerveja
ou a célula muscular possuem esse aparato
enzimático, mas na falta de O2 podem realizar
a fermentação. São os anaeróbios facultativos.
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Aqui, a quebra da glicose termina na glicólise.
Não havendo O2 ou não sendo possível utilizálo, outra molécula terá de receber os átomos de
hidrogênio.
Esta molécula pode ser o ácido pirúvico ou
outro fragmento da glicose que, recebendo os
átomos de hidrogênio, forma um produto final,
terminando o processo.
O produto final depende do aparato
enzimático da célula e pode ser: álcool etílico,
ácido acético, ácido lático ou ácido butírico.
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Aqui, a glicose não é totalmente oxidada a gás
carbônico e água e a fermentação só libera 5%
da molécula de glicose, produzindo apenas
2ATPs.
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Os lactobacilos fermentam a glicose a ácido
láctico, que coagula o leite, formando uma
coalhada ou iogurte.
Esse ácido é formado quando os hidrogênios
retirados da glicose são recebidos pelo ácido
pirúvico.
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Se a célula muscular estiver em exercício
rigoroso, mais fermentação láctica será
realizada.
O produto final é o ácido láctico, que causa dor
e fadiga muscular.
Este ácido láctico é depois conduzido pela
corrente sanguínea até o fígado, onde será
transformada em ácido pirúvico e este é
transformado em glicose (gliconeogênese)
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Realizado pelo Saccharomyces cerevisae.
Aqui, o ácido pirúvico é descarboxilado antes
de receber os hidrogênios do NAD.2H.
Assim, são produzidos gas carbônico e álcool
etílico.
Se houver muito oxigênio, no entanto, a
bactéria não realizará fermentação e não haverá
formação de álcool para a cerveja e o
champagne.