Disciplina: Biologia
Série: 2ª série EM - 1º TRIM
Professora: Ivone Azevedo da Fonseca
Assunto: Respiração Celular
RESPIRAÇÃO CELULAR
– A MAIS QUÍMICA DAS REAÇÕES BIOLÓGICAS –
Questão certa em vestibulares de
biologia, a respiração celular necessita de um
pouco de paciência para ser entendida. O
resumo abaixo, ilistrado com alguns
esquemas, faz com que o vestibulando
perceba com facilidade o que é este processo.
Mesclando conhecimentos de química
e biologia, e até mesmo de física, este ganho
e perda de energia que se dá dentro das
células de nosso corpo, fazem com que
estejamos em constante atividade, sem
mesmo percebermos.
RESPIRAÇÃO CELULAR
A energia necessária para a manutenção da vida, na maioria dos seres vivos,
provém da reação entre os alimentos ingeridos e as moléculas de oxigênio. As principais
etapas desse processo ocorrem nas MITOCÔNDRIAS.
Mitocôndrias são organelas formadas de dupla membrana, do mesmo tipo da
membrana plasmática. A membrana externa é lisa e a interna, coberta de pregas,
chamadas de “cristas mitocondriais”. No interior das mitocôndrias há uma solução
coloidal com várias substâncias dissolvidas, sendo que, entre elas há DNA, RNA e
ribossomos e é chamada “matriz mitocondrial”.
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Sobre as cristas mitocondriais existem enzimas respiratórias e uma molécula
transportadora de energia, o ATP (trifosfato de adenosina).
As enzimas oxidativas existentes nas cristas mitocondriais reagem com o corante verde
janus B, oxidando-o, o que faz com que as mitocôndrias, habitualmente incolores,
apresentem uma cor verde, sendo que o corante permanece incolor no restante do
hialoplasma.
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HIPÓTESE
DA
ORIGEM
DAS
MITOCÔNDRIAS:
em
experimentos
com
substâncias radioativas, observou-se que as
mitocôndrias são capazes de se autoduplicar com
independência em relação à célula onde se
encontra. Elas possuem características de seres
procariontes, como ribossomos pequenos, DNA
em anel e a semelhança das cristas mitocondriais
com o mesossomo das bactérias (prega na
membrana que possui as enzimas respiratórias).
Portanto, pensa-se que as mitocôndrias possam
ter entrado em células antigas e ter estabelecido com elas uma relação de
endomutualismo.
Os vegetais usam energia luminosa do sol, que transformam em energia química
potencial, geralmente, glicose.
Essa energia fica armazenada nas ligações químicas das moléculas formadas.
Quando essas moléculas são quebradas, a energia é liberada, sendo então usada para
os processos vitais, como transporte ativo, produção de calor, movimentação, síntese,
crescimento etc.
# Qual a diferença entre COMBUSTÃO e RESPIRAÇÃO?
No processo de combustão, como a queima da gasolina ou da madeira, as
moléculas são quebradas violentamente, rapidamente, liberando grandes quantidades
de energia em pouco tempo. Isso é bom quando se tenta mover uma máquina
pesadíssima, como é o automóvel. Porém, se ocorresse processo semelhante nas
células vivas, o excesso de energia e de calor matariam a célula. Por isso, as reações da
respiração celular são sempre fragmentadas em várias reações intermediárias, de modo
que a energia é liberada gradativamente, lentamente, sem por em risco a vida da célula.
As quebras de ligações químicas liberam energia porque os elétrons caem de
nível orbital, deslocando-se para mais perto dos núcleos. Como as ligações mais perto
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do núcleo precisam de menor quantidade de energia, ocorre a liberação do excesso
desta energia cada vez que o elétron ocupar uma órbita mais próxima do núcleo do
átomo.
A energia liberada pelo alimento não é usada toda imediatamene, sendo
armazenada em ligações químicas entre átomos de fósforo, presentes no ATP, trifosfato
de adenosina. Toda a energia necessária para a realização de qualquer trabalho vem
sempre do ATP. Quando é preciso, o átomo de fósforo mais externo é liberado. A quebra
da ligação química que o unia à molécula libera uma quantidade de energia que é
utilizada nos processos bioquímicos; nesse caso, o ATP fica sendo ADP + P + energia
para os processos vitais.
Uma molécula de ADP precisa permanentemente ser regenerada, momento em
que o ADP reúne-se a um átomo de fósforo, virando novamente ATP. A energia
necessária para esse processo é proveniente da respiração, por isso, essa reação é
chamada de FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA ou respiração celular.
ADENOSINA + P + P + P = ATP
 
ligações com muita energia
ADENOSINA + P + P (ADP) + P (liberando energia para os movimentos, sínteses,
atividade elétrica, transporte ativo etc).
ADP + P + energia da respiração = ATP, pronto para ser usado novamente.
ESQUEMA SIMPLIFICADO DA RESPIRAÇÃO CELULAR
C6 H12 O6 + 6 O2 6 CO2+ 6 H2O + 680 000 calorias
A energia para a fosforilação, que transforma ADP em ATP, pode vir tanto da
mudança de orbital dos elétrons, quanto da retirada de hidrogênios de algumas
substâncias, no caso, a glicose.
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ETAPAS DA RESPIRAÇÃO
São elas: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.
1. GLICÓLISE:
A glicose é parcialmente quebrada, liberando
pequena parcela de energia. Esse processo
acontece no hialoplasma e não depende do uso
do oxigênio.
A molécula de Glicose é ativada com gasto de
2ATP. A seguir, ela é desidrogenada e quebrada
em duas moléculas de 3 carbonos cada uma, ou seja, duas moléculas de Piruvato ou
de Ácido Pirúvico, etapa que produz 4 ATP. Como houve um gasto inicial de 2 ATP, o
saldo é de 2 ATP.
2. CICLO DE KREBS:
Nessa fase, as moléculas de ácido pirúvico
penetram na matriz mitocondrial. O ciclo de Krebs
é uma série de reações, onde cada molécula de
ácido pirúvico (3C) é descarboxilada (perdendo
uma molécula de CO2), formando um composto
de 2 carbonos. Essa molécula de 2 C combina-se
com outra, de 4 C, que serve de suporte para que
as ligações sejam quebradas gradativamente,
liberando um pouco de energia de cada vez.
Quando a molécula de 2 C une-se à de 4 C,
forma-se um composto intermediário com 6 C,
chamado de ácido cítrico.
O ácido cítrico (6 C) é descarboxilado e
desidrogenado por várias reações químicas
intermediárias. Para o Ciclo de Krebs há gasto de
água, porém, na etapa seguinte (cadeia respiratória) os hidrogênios retirados pelos
NAD serão entregues ao oxigênio, formando uma quantidade de moléculas de água
que supera o que foi gasto no processo.
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ATENÇÃO: cada par de hidrogênios recolhido pelo NAD produz 3 ATP, e pelo FAD,
2 ATP. O GTP produz 1 ATP. Como há duas moléculas de ácido pirúvico, cada uma dá
uma volta (ciclo de Krebs), produzindo, em cada volta:
 4 NAD.2H = 12 ATP
 1 FAD.2H = 2 ATP +
 1 GTP
= 1 ATP
Total..................15 ATP
Em duas voltas, portanto serão produzidos os 30 ATP. Somando-se aos 2 ATP
produzidos na glicólise e mais 6 ATP da cadeia respiratória (três para cada molécula de
ácido pirúvico), teremos os 38 ATP totais, resultado da degradação vagarosa de uma
molécula de glicose.
(NAD: nicotinamida adenina dinucleotídeo)
(FAD: flavina adenina dinucleotídeo)
Produto final do Ciclo de Krebs
No final do ciclo são produzidas 3 moléculas de CO2 e 10 átomos de hidrogênio,
dos quais 2 são recolhidos pelo FAD e os 8 H restantes são recolhidos pelo NAD. O GTP
produzido (guanosina trifosfato) é depois convertido em ATP.
3. CADEIA RESPIRATÓRIA:
Como vimos, a glicólise ocorre no hialoplasma, fora da mitocôndria, sem a
participação do oxigênio. O ciclo de Krebs ocorre dentro da mitocôndria, na matriz
mitocondrial, com o auxílio de enzimas específicas.
A cadeia respiratória acontece sobre as cristas mitocondriais, onde estão as
enzimas oxidativas. Essas substâncias que transportam os átomos de hidrogênio e
os seus elétrons não podem ficar espalhadas na matriz da mitocôndria. Elas têm de
estar arrumadas na seqüência correspondente ao
caminho que os elétrons deverão seguir. Por isso,
ficam sobre as cristas.
Durante o transporte dos elétrons, ocorre a
produção do ATP nos oxissomos, pequenas esferas
que se projetam das cristas mitocondriais.
À medida que passam de um composto
intermediário para outro, os elétrons do hidrogênio
vão ocupando níveis energéticos cada vez mais
baixos, sobrando energia para a síntese dos ATP.
O receptor final dos hidrogênios é o oxigênio,
que os recolhe de maneira definitiva, formando
água. Para que o processo continue, é preciso um
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fornecimento constante de oxigênio, caso contrário, os transportadores intermediários
permanecerão com seus hidrogênios (reduzidos), sem condições de receber novos
átomos de hidrogênio, interrompendo a respiração.
Essa etapa é chamada de FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA, porque a formação do
ATP depende da colocação de um fosfato no ADP e essa fosforilação é feita com a
energia proveniente das oxidações.
CONTABILIDADE ENERGÉTICA
GLICÓLISE
CICLO DE KREBS
CADEIA RESPIRATÓRIA
TOTAL
GASTO INICIAL
SALDO
HIDROGÊNIOS
2 NAD.2H
8 NAD.2H + 2 FAD.2H
10 NAD.2H + 2 FAD.2H
-----
ATP
4 ATP
2 GTP 2 ATP
30 ATP + 4 ATP
40 ATP
2 ATP
38 ATP
Os organismos que não conseguem realizar a respiração aeróbica, limitam-se a
realização da Glicólise, pois não possuem as enzimas do ciclo de Krebs, nem da cadeia
respiratória. São os chamados anaeróbicos, que podem ser tanto facultativos quanto
estritos. Produzem, portanto, apenas 2 ATP por molécula de glicose.
Facultativos: os que podem viver tanto na presença quanto na ausência de oxigênio,
como os fermentos ou leveduras.
Estritos: os que podem viver somente na ausência total de oxigênio, como os seres
decompositores, que reciclam a matéria na natureza e decompõem cadáveres.
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TESTE SEUS CONHECIMENTOS
1) Entre as afirmativas abaixo, escolha a que completa de forma correta a seguinte
frase: “A função mitocondrial em uma célula pode ser comparada à função de uma
usina produtora de energia porque as mitocôndrias...
a) estocam moléculas de ATP que provém da digestão dos alimentos
b) produzem ATP a partir da oxidação de moléculas orgânicas
c) consomem ATP na síntese de glicogênio ou de amido a partir da glicose
d) podem absorver energia luminosa usando a síntese de ATP
e) produzem ATP a partir da síntese do amido ou do glicogênio
2) Se as mitocôndrias de um organismo sofressem uma interrupção que bloqueasse
a fase da Cadeia Respiratória, esse organismo morreria. A opção que justifica
corretamente a afirmativa anterior é que:
a) a cadeia respiratória é uma fase da respiração aeróbia que acontece no
hialoplasma das células e o seu bloqueio não ocasiona grandes prejuízos aos
organismos
b) a cadeia respiratória é uma fase da respiração anaeróbia que acontece no
hialoplasma e o seu bloqueio provoca a morte do organismo
c) a cadeia respiratória é uma fase da repiração aeróbia que acontece nas
mitocôndrias e o seu bloqueio provoca a morte do organismo
d) a cadeia respiratória é uma fase da respiração aeróbia que acontece nas
mitocôndrias e o seu bloqueio provoca a morte do organismo aeróbio
3) Tomando-se por referência a respiração celular aeróbia, podemos afirmar que:
a) é no ciclo de Krebs que ocorre diretamente a conversão de ADP em ATP
b) é no interior das mitocôndrias que se processa a glicólise, uma das etapas da
respiração
c) é no nível do hialoplasma que se realiza o ciclo de Krebs
d) é no nível da membrana interna das mitocôndrias que ficam localizadas as
substâncias que formam a cadeia transportadora de elétrons
e) é na glicólise que se dá a maior produção de moléculas de ATP.
4) O que diferencia a respiração celular da combustão (ambos processos
ectotérmicos ou de liberação de energia) é:
a) que a combustão ocorre dentro da mitocôndria e a respiraçào celular ocorre no
hialoplasma
b) que a combustão é um processo que ocorre somente em organismos vegetais
c) o número de reações químicas que, na combustão, é bem maior
d) a velocidade com que a liberação de energia se dá, sendo maior na combustão
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e) a velocidade com que a liberação de energia se dá, sendo maior na respiração
celular.
5) As mitocôndrias possuem dupla membrana, sendo a externa lisa e a interna,
repleta de dobras chamadas cristas mitocondriais. Sobre essas membranas, é
correto afirmar:
a) que as cristas mitocondriais oferecem a vantagem de comportarem maior
quantidade de enzimas oxidativas sem que a organela tenha seu tamanho relativo
aumentado.
b) que é mera obra do acaso pois, se ambas fossem lisas, o rendimento na produção
de energia não seria alterado.
c) que as cristas diminuem o espaço interno, onde está a matriz mitocondrial. Isso
diminui o rendimento da atividade mitocôndrial.
d) que as dobras dificultam a atividade da cadeia respiratória, já que as enzimas
ficam retidas entre elas.
e) no passado ambas as membranas eram cheias de pregas.
6) Analise a figura que está no início desta matéria e responda a pergunta abaixo:
“Por que pode-se dizer que a figura representa a perfeita integração e
interdependência entre o reino vegetal e o reino animal”?
7) Coloque V para verdadeiro e F para falso. Sobre as organelas responsáveis pela
respiração celular, as mitocôndrias, podemos dizer que:
a) executam a fermentação bacteriana
b) promovem a oxidação de compostos orgânicos
c) o conjunto de mitocôndrias de uma célula é denominado nucléolo
d) células muito ativas posuem poucas mitocôndrias
e) são formadas por conjuntos de microtúbulos
f) nas células eucariontes, fazem parte do citoplasma
g) têm DNA próprio.
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RESPOSTAS
1) Opção B: as mitocôndrias são responsáveis pela liberação da energia contida nos
alimentos, através do processo denominado “fosforilação oxidativa”, ou seja, a
energia solar “empacotada” pelos vegetais, a partir da fotossíntese, é liberada
para o uso nos processos celulares dos animais.
2) Opção C: a cadeia respiratória ocorre nas cristas mitocondriais, onde as enzimas
oxidativas se alinham para que as reações ocorram com organização e eficiência.
A energia produzida é essencial para que a vida e as reações vitais possam
continuar ocorrendo. Portanto, após alguns minutos de interrupção, ocorre a morte
do organismo por falta de energia.
3) Opção D: as enzimas precisam estar alinhadas para que os elétrons possam
percorrê-las eficientemente, garantindo a fosforilação dos ADPs. Se estivessem
dispersas na matriz mitocondrial, por exemplo, certamente ocorreria uma queda
na eficiência do processo.
4) Opção D: se ocorresse combustão, uma grande quantidade de energia seria
liberada, ocasionando a morte da célula. Portanto, o ác. Pirúvico é descarboxilado
e fica com 2 carbonos. Essa molécula une-se a outra, de 4 carbonos, que serve
como suporte, para que a energia seja liberada gradativamente, sem causar
danos para a célula.
5) Opção A: há várias estruturas celulares ou orgânicas onde há dobraduras,
visando o aumento do rendimento sem aumentar o volume relativo da mesma.
Podemos observar esse recurso, além da membrana interna da mitocôndria, nas
lamelas dos cloroplastos, nas vilosidades intestinais e nas circunvoluções
cerebrais.
6) Conforme podemos ver, na ilustração, há uma perfeita interdependência entre
plantas e animais, pois as plantas montam a molécula de glicose e liberam
oxigênio, assimilando energia solar. Os animais usam estas substâncias para
liberarem a energia solar que elas contêm, devolvendo CO2 e água. As plantas
usam o CO2 para a fotossíntese, reiniciando o processo.
7) Resposta: a: F
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b:V
c: F
d: F
e: F
f: V
g: V
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