mitocondria e respiração celular

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Introdução	
A respiração é o resultado da oxidação de compostos orgânicos e não apenas o resultado de trocas gasosas. É a oxidação de compostos orgânicos para a produção de energia, porém ela é um processo muito complexo, que produz vários compostos importantes para o metabolismo, além de energia.
Ela é de fundamental importância para a vida, tendo como conseqüência a morte celular caso pare. A intensidade da respiração varia conforme a necessidade metabólica de cada célula e pode ser medida através do gás carbônico liberado e pelo oxigênio absorvido. 
A respiração celular é um fenômeno que consiste basicamente no processo de extração de energia química acumulada nas moléculas de substâncias orgânicas diversas, tais como carboidratos e lipídios. Nesse processo, verifica-se a oxidação ou "queima" de compostos orgânicos de alto teor energético, como gás carbônico e água, além da liberação de energia, que é utilizada para que possam ocorrer as diversas formas de trabalho celular.
A respiração celular, na maioria dos organismos animais e vegetais, depende grandemente da mitocôndria, pois é através dessa organela que esta energia é gerada para as atividades das células. 
Presentes nas células eucariontes, as mitocôndrias são responsáveis pela produção de energia no interior da célula. São bastante numerosas, principalmente em células onde a demanda por energia for muito grande (por exemplo, células nervosas e do coração, que tem atividade ininterrupta).
Mitocôndria
1.1 Definição 
É uma das organelas celulares mais importantes, sendo extremamente relevante para respiração celular. É abastecida pela célula que a hospeda por substâncias orgânicas como oxigênio e glicose, as quais processa e converte em energia sob a forma de ATP, que devolve para a célula hospedeira. 
A mitocôndria está presente em grande quantidade nas células do sistema nervoso (na extremidade dos axônios), do coração e do sistema muscular; uma vez que estas apresentam uma necessidade maior de energia. 
A mitocôndria está presente na maioria dos eucariontes, exceto num grupo de protistas chamado Archezoa. Apesar da análise genômica destes organismos indicar que podem ter perdido as mitocôndrias ao longo da evolução. A principal evidência disto é o fato de alguns genes codificadores de proteínas mitocondriais terem sido encontrados no genoma nuclear destes protistas. 
O seu número varia entre as células, sendo proporcional à atividade metabólica de cada uma, indo de quinhentas a mil ou até dez mil dessas estruturas por célula.
1.2 Origem
A presença de material genético na mitocôndria, DNA mitocondrial, fez emergir teorias sobre sua origem. Hoje em dia a maioria da comunidade científica acredita na teoria da endossimbiose. 
Esta teoria afirma que a mitocôndria é descendente de uma bactéria. Há milhões de anos atrás, formaram-se as primeiras células que sobreviviam em poças de lamas vulcânicas fervilhantes atestadas de enxofre que servia para estas células produzirem energia. Após a formação dos primeiros oceanos, apareceram as primeiras células fotossintéticas. Estas tinham a capacidade de usar a luz solar para fabricar energia, com libertação de oxigênio. Passados muitos anos, os índices de oxigênio na atmosfera começaram a aumentar e os de enxofre a diminuir. Nessa altura, os organismos não toleravam nada bem o oxigênio, sendo tóxico para os mesmos, já que antes os índices de oxigênio eram residuais. Portanto, quem tinha melhor capacidade de sobrevivência eram os seres que aprenderam a viver com o oxigênio; ou porque aprenderam a usá-lo como fonte de energia, ou porque através de fagocitose ganharam uma relação simbiótica com seres que já tinham essa capacidade, fornecendo em troca proteção e nutrientes. 
Os seres celulares antepassados da mitocôndria evoluíram primeiro, em relação ao aumento de percentagem oxigênio no ar, que os seres unicelulares, portanto uns fagocitaram os outros e ambos ganharam uma relação simbiótica que foi evoluindo, e sendo cada vez mais próxima, tornando-se cada vez mais tolerantes um com o outro. 
Agora não há razão para dizer que a mitocôndria é um ser vivo independente, mas sim parte de um, pois a relação simbiótica levou-a a descartar-se do DNA que a possibilitava de viver por si só, tornando-se uma organela de alto rendimento. 
A prova evidente de que a mitocôndria é descendente de bactérias é: o seu próprio DNA ser muito parecido com o das bactérias de hoje em dia: é circular (oval), não tem núcleo organizado, tem uma dupla camada lipídica, resultante da eventual fagocitose.
1.3 Estrutura
Geralmente, as mitocôndrias são estruturas cilíndricas com aproximadamente 0,5micrômetros de diâmetro e vários micrômetros de comprimento. Apresentam duas membranas fosfolipídicas, uma externa lisa e outra interna que se dobra formando vilosidades, chamadas cristas. A região limitada pela membrana interna é conhecida como matriz mitocondrial, onde existem proteínas, ribossomos e DNA mitocondrial. Estes são necessários no processo de produção de ATP, ou seja, necessários para que a respiração celular ocorra. Possuem organização estrutural e composição lipoprotéica características, e contêm um grande número de enzimas e coenzimas que participam das reações de transformação da energia celular. 
A sua função é vital para a célula, sem a qual há morte celular. O DNA mitocondrial não se tem modificado muito desde o seu princípio. O que acontece é que este DNA está apenas sujeito a modificações por mutação, dado não haver maneira do mesmo sofrer recombinação como acontece quando o DNA do espermatozóide quando entra no núcleo do óvulo. Assim, como o que entra na célula sexual feminina vindo do pai é apenas, e só, o seu DNA nuclear, as mitocôndrias masculinas ficam de fora, logo não se dá recombinação do seu DNA. O resultado é só recebermos o DNA mitocondrial da mãe, levando a poucas modificações deste ao longo dos tempos. Os Antropologistas aproveitam estas propriedades para examinar, através do DNA mitocondrial, as relações de parentesco entre os grandes grupos de seres vivos. 
A mitocôndria forma uma extensa rede, denominada rede mitocondrial. Essa rede é constituída por subunidades mitocondriais que podem se fundir ou se dividir de acordo com as necessidades fisiológicas.
Cada mitocôndria pode crescer, alongar-se e estrangular-se em novas mitocôndrias. A auto-reprodução das mitocôndrias recebe o nome de condriocinese.
A mitocôndria é organizada em:
1 - Matriz: a matriz contêm uma mistura altamente concentrada de centenas de enzimas, incluindo aquelas necessárias à oxidação do piruvato e ácidos graxos e para o ciclo de Krebs. A matriz contêm também várias cópias do DNA mitocondrial, ribossomos mitocondriais essenciais, RNAt, e várias enzimas requeridas para expressão dos genes mitocondriais. 
2 - Membrana Interna: a membrana interna é desbobrada em numerosas cristas que aumentam grandemente a sua área superficial total. Ela contêm proteínas com três tipos de funções: 
 a) aquelas que conduzem as reações de oxidação da cadeia respiratória 
 b) um complexo enzimático chamado ATPsintetase, que produz ATP na matriz; 
 c) proteínas transportadoras específicas, que regulam a passagem para dentro e fora da matriz. 
Uma vez que o gradiente eletroquímico é estabelecido, através dessa membrana pela cadeia respiratória, para direcionar a ATPsintetase, é importante que a membrana seja impermeável a maioria dos pequenos íons. 
 
3 - Membrana Externa: devido ao fato de conter uma grande proteína formadora de canais (chamada de porina), a membrana externa é permeável a todas as moléculas de 5.000daltons ou menos. Outras proteínas existentes nesta membrana incluem as enzimas envolvidas na síntese de lipídeos mitocondriais e enzimas que convertem substratos lipídicos em formas que possam ser subseqüentemente metabolizados na matriz. 
4 - Espaço Intermembrana: esse espaço contêm várias enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para fosforilar outrosnucleotídeos. 
1.4 Função
A mitocôndria é responsável por muitos processos catabólicos fundamentais para a obtenção de energia para a célula, como a β-oxidaçao de ácidos graxos, o Ciclo de Krebs e a Cadeia respiratória.
Essa organela realiza a maior parte das oxidações celulares e produz a massa de ATP ( energia celular) das células animais. Na mitocôndria, o piruvato e os ácidos graxos são convertidos em acetil-CoA que são oxidados em CO2, através do ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico). Grandes quantidades de NADH e FADH2 são produzidas por essas reações de oxidação. A energia disponível, pela combinação do oxigênio com os elétrons reativos levados pelo NADH e pelo FADH2, é regulada por uma cadeia transportadora de elétrons na membrana mitocondrial interna denominada de cadeia respiratória.
A cadeia respiratória bombeia prótons ( H+) para fora da matriz para criar um gradiente eletroquímico de hidrogênio transmembrana. O gradiente transmembrana, por sua vez, é utilizada para sintetizar ATP e para dirigir o transporte ativo de metabólitos específicos através da membrana mitocondrial interna. A combinação dessas reações é responsável por uma eficiente troca ATP-ADP entre a mitocôndria e o citosol de tal forma que o ATP pode ser usado para prover muitas das reações celulares dependentes de energia.
Respiração Celular
1.1 Definição 
Respiração celular é o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que poderão ser usada nos processos vitais. Ela pode ser de dois tipos:
a) Respiração Anaeróbia: sem utilização de oxigênio, também chamada de fermentação
b) Respiração Aeróbia: com utilização de oxigênio. 
A respiração celular é o processo de obtenção de energia mais utilizado pelos seres vivos. Na respiração, ocorre a libertação de dióxido de carbono e energia e o consumo de oxigênio e glicose, ou outra substância orgânica. A organela responsável por essa respiração é a mitocôndria e o cloroplasto.
Do ponto de vista da fisiologia, o processo pelo qual um organismo vivo troca oxigênio e dióxido de carbono com o seu meio ambiente é chamado de ventilação, respiração ocorre apenas na célula, operação executada pela mitocôndria.
Do ponto de vista da bioquímica, respiração celular é o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que possa ser usada nos processos vitais. A respiração celular processa-se nas seguintes etapas:
1 - Glicólise
2 - Ciclo de Krebs
3 - Cadeia respiratória
4 - Fosforilação oxidativa
O processo básico da respiração celular é a quebra da glicose ou Glicólise, que se pode expressar pela seguinte equação química:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia
Nutrientes (energia química) + O2 → CO2 + H2O + Energia (alguma que se perde sob a forma de calor e outra parte armazena-se sob a forma de ATP)
Os fenômenos da respiração celular, que se processa segundo duas sequências básicas: Glicose (ocorrida no citosol) e Oxidação do piruvato (ocorrida na matriz mitocondrial) através de um de dois processos: Respiração aeróbia ou Respiração anaeróbia.
1.2 Processos catabólicos para a obtenção de energia
1.2.1 Glicólise
É a sequência metabólica composta por um conjunto de dez reações catalizadas por enzimas livres no citosol, na qual a glicose é oxidada produzindo duas moléculas de piruvato, duas moléculas de ATP e dois equivalentes reduzidos de NADH+, que serão introduzidos na cadeia respiratória ou na fermentação. A glicólise é uma das principais rotas para geração de ATP nas células e está presente em todos os tipos de células.
A importância da glicólise em nossa economia energética é relacionada com a disponibilidade de glicose no sangue, assim como com a habilidade da glicose gerar ATP tanto na presença quanto na ausência de oxigênio. A glicose é o principal carboidrato em nossa dieta e é o açúcar que circula no sangue para assegurar que todas as células tenham suporte energético contínuo. O cérebro utiliza quase exclusivamente glicose como combustível. A oxidação de glicose a piruvato gera ATP pela fosforilação (a transferência de fosfato de intermediários de alta energia da via do ADP) a nível de substrato e NADH. Subsequentemente, piruvato pode ser oxidado a CO2 no ciclo de Krebs e ATP gerado pela transferência de elétrons ao oxigênio na fosforilação oxidativa. Entretanto, se o piruvato e o NADH gerados na glicólise forem convertidos a lactato (glicólise anaeróbica), ATP pode ser gerado na ausência de oxigênio, através da fosforilação a nível de substrato.
Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ⇒ 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O
A quebra dos seis carbonos da glicose em duas moléculas de piruvato com três carbonos ocorre em dez passos: os primeiros cinco dos quais constituem a fase preparatória (fase de investimento) e os cinco seguintes, a fase de geração de ATP (fase de rendimento).
Fase 1: Preparação, regulação e gasto de energia
Na fase inicial preparatória da glicólise (fase de investimento), a glicose é fosforilada duas vezes por ATP e clivada em duas trioses fosfato. Nesta fase, a célula gasta duas moléculas de ATP, o cátion Mg2+ é indispensável para as reações, e processam-se cinco reações bioquímicas. Nenhuma energia é armazenada, pelo contrário, duas moléculas de ATP são investidas nas reações de fosforilação.
Reação 1: hexoquinase
Na primeira reação, a glicose que entra nos tecidos é fosforilada no grupo hidroxila em C6, com o gasto energético de uma molécula de ATP, dando origem a glicose-6-fosfato e ADP. Essa reação, catalisada pela enzima hexoquinase, é irreversível sob condições fisiológicas devido a seu ΔG° altamente negativo. Trata-se de um dos três passos que regulam a glicólise. A fosforilação da glicose na primeira reação impede que esta saia da célula novamente (a glicólise realiza-se no citosol da célula). Ao adicionar um grupo fosfato à glicose, ela se torna uma molécula carregada negativamente e é impossível atravessar passivamente a membrana celular, mantendo-a aprisionada dentro da célula.
Glicose-6-fosfato é um ponto de ramificação no metabolismo de carboidratos. Ela é um precursor para quase todas as rotas que utilizam a glicose, incluindo glicólise, via da pentose fosfato e síntese de glicogênio. De um ponto de vista oposto, ela também pode ser gerada a partir de outras rotas do metabolismo de carboidratos, tais como glicogenólise (quebra de glicogênio), via da pentose fosfato e gliconeogênese (síntese de glicose a partir de não-carboidratos).
As hexoquinases, enzimas que catalizam a fosforilação da glicose, são uma família de isoenzimas tecido-específicas que diferem em suas propriedades cinéticas. A isoenzima encontrada no fígado e células do pâncreas tem um km muito mais alto do que outras hexoquinases e é chamada de glicoquinase. As cinases são enzimas que catalizam a transferência de um grupo fosforil terminal do ATP para um aceptor nucleófilo. No caso da hexoquinase, o aceptor é uma hexose, normalmente D-glicose, embora a hexoquinase possa catalisar a fosforilação de outras hexoses comuns, tais como D-frutose e D-manose. A hexoquinase, como muitas outras cinases, requer Mg2+ para sua atividade, pois o verdadeiro substrato da enzima não é ATP-4, e sim MgATP-2. Em muitas células, parte da hexoquinase se encontra ligada a porinas na membrana mitocondrial externa, as quais dão a essas enzimas o acesso precoce ao ATP recém-sintetizado conforme ele sai da mitocôndria.
Reação 2: fosfoexose-isomerase
Na segunda reação, catalisada pela enzima glicosefosfato-isomerase (também chamada de fosfoexose isomerase), a glicose-6-fosfato, uma aldose, é convertida num processo de isomerização reversível em frutose-6-fosfato, uma cetose, assim, permitindo um sítio de entrada para a frutose da dieta na glicólise. Esta isomerização tem um papel crítico na química geral da via glicolítica, uma vez que o rearranjo dos grupos carbonil e hidroxil em C-1 e C-2 é uma preparação necessária para os próximos dois passos. A fosforilação que ocorre na reação seguinte (reação 3) requer que o grupoem C-1 seja primeiramente convertido de um carbonil para um álcool e, na reação subsequente (reação 4), a clivagem da ponte entre C-3 e C-4 pela aldolase requer um grupo carbonil em C-2.
Reação 3: fosfofrutoquinase
Na reação número 3, a célula investe outra molécula de ATP para fosforilar a frutose-6-fosfato e convertê-la em frutose-1,6-bisfosfato. Esta é também uma reação irreversível e de controle desta via metabólica, catalisada pela enzima fosfofrutoquinase, que é a enzima marca-passo da glicólise. Esta etapa ocorre para deixar a molécula simétrica para a reação de clivagem na etapa seguinte.
Reação 4: aldolase
Na reação 4, a frutose-1,6-bisfosfato é clivada em duas trioses: gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxiacetona fosfato. Esta reação é catalisada pela enzima aldolase.
Reação 5: triosefosfato isomerase
O gliceraldeído-3-fosfato e a dihidroxiacetona fosfato são isômeros facilmente interconvertíveis pela enzima triosefosfato isomerase. Ocorre então a conversão da dihidroxicetona P em gliceraldeído 3P, a única triose que pode continuar sendo oxidada.
Fase 2: Produção de ATP e oxidação
Na fase de geração de ATP (de rendimento), gliceraldeído-3-fosfato (uma triose fosfato) é oxidado pelo NAD e fosforilada usando fosfato inorgânico. A ponte de fosfato de alta energia gerada nesta etapa é transferida ao ADP para formar ATP. O fosfato restante é também rearranjado para formar outra ponte de fosfato de alta energia que é transferida ao ADP. Como há dois moles de triose fosfato formados, o resultado da fase de geração de ATP é de quatro ATPs e dois NADH. O resultado é uma produção global de dois moles de ATP, dois moles de NADH e dois moles de piruvato por mol de glicose.
Reação 6: Triose fosfato desidrogenase
Na primeira reação desta fase, a número 6 no seguimento da fase anterior, cada gliceraldeído-3-fosfato é oxidado (desidrogenado) pelo NAD+ (e o NAD+ passa a NADH) e fosforilado por um fosfato inorgânico, dando origem a 1,3-Bifosfoglicerato (1,3 BPG). Esta reação é catalisada pela enzima Triose fosfato desidrogenase.
Reação 7: Fosfoglicerocinase
Na reação 7, catalisada pela enzima 1,3 BiP glicerato cinase, a 1,3 BPG transfere um grupo fosfato para uma molécula de ADP dando origem a uma molécula de ATP e a 3-fosfoglicerato. Esta é a primeira etapa da glicólise que sintetiza ATP diretamente na via.
Reação 8: Fosfogliceromutase
A enzima fosfogliceromutase reaposiciona a posição do grupo fostato 3- Fosfoglicerato, dando origem a 2-fosfoglicerato (grupo fosfato ligado ao carbono 2), preparando o substrato para a próxima reação.
Reação 9: enolase
É uma reação de desidratação catalisada pela enzima enolase. O 2-fosfoglicerato é desidratado formando uma molécula de água e fosfoenolpiruvato (PEP), um composto altamente energético. Foi devido a esta configuração energética que o grupo fosfato foi transferido da posição 3 para 2 na reação anterior.
Reação 10: piruvato cinase
A última desta via metabólica é catalisada pela enzima piruvato cinase. Há transferência do grupo fosfato do fosfoenolpiruvato para uma molécula de ADP formando-se então uma molécula de ATP e piruvato. Tendo em conta que por cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato produz-se duas moléculas de ATP, na glicólise são produzidos ao todo 4 ATPs e gastos 2. O saldo energético é de 2 moléculas de ATP e 2 NADH por molécula de glicose.
1.2.2 Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs, ácido cítrico ou tricarboxílico, corresponde a uma série de reacções químicas que ocorrem na vida da célula e no seu metabolismo. 
O ciclo é executado na matriz mitocondrial dos eucariontes e no citoplasma dos procariontes. Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular); organismos anaeróbicos utilizam outro mecanismo, como a glicólise = outro processo de fermentação independente do oxigênio.
O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica, catabólica e anabólica , com a finalidade de oxidar a acetil-CoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de CO2.
Este ciclo inicia-se quando o piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em acetil CoA (coenzima A) por ação da enzima piruvato desidrogenase. Este composto vai reagir com o oxaloacetato que é um produto do ciclo anterior formando-se citrato. O citrato vai dar origem a um composto de cinco carbonos, o α-cetoglutarato com libertação de NADH, e de CO2. O α-cetoglutarato vai dar origem a outros compostos de quatro carbonos com formação de GTP, FADH2 e NADH e oxaloacetato. Após o ciclo de Krebs ocorre outro processo denominado fosforilação.
De uma forma simplificada temos:
O ciclo do ácido cítrico começa com o Acetil-CoA, transferindo seu grupo acetila de dois carbonos ao composto receptor oxaloacetato, de quatro carbonos, formando um composto de seis carbonos, o citrato.
O citrato então passa por uma série de transformações químicas, perdendo dois grupos carboxila na forma de CO2. Os carbonos liberados na forma de CO2 são oriundos do oxaloacetato, e não diretamente do Acetil-CoA. Os carbonos doados pelo Acetil-CoA se tornam parte do oxaloacetato após o primeiro passo do ciclo do ácido cítrico.
A transformação dos carbonos doados pelo Acetil-CoA em CO2 requer vários passos no ciclo de Krebs. No entanto, por causa do papel do ácido cítrico no anabolismo (síntese de substâncias orgânicas), ele pode não ser perdido já que muitas substâncias intermediárias do ciclo também são usadas como precursoras para a biosíntese em outras moléculas.
A maior parte da energia disponível graças ao processo oxidativo do ciclo é transferida por elétrons altamente energéticos que reduzem o NAD+, transformando-o em NADH. Para cada grupo acetila que entra no ciclo de Krebs, três moléculas de NADH são produzidas (o equivalente a 2,5 ATPs).
Elétrons também são transferidos ao receptor a Coenzima Q, formando QH2.
No final de cada ciclo, o Oxoalocetato de quatro carbonos é regenerado, e o processo continua.
A cada volta do ciclo de Krebs são produzidos três moléculas de NADH, uma de FADH2, uma de nucleosídeo trifosfato (ATP ou GTP).
As principais etapas do ciclo de Krebs
1º: Oxalacetato (4 carbonos) Citrato (6 carbonos)
O ácido acético proveniente das vias de oxidação de glicídios, lipídios e proteínas, combinam-se com a coenzima a formando o Acetil - CoA. A entrada deste composto no ciclo de Krebs ocorre pela combinação do ácido acético com o oxalacetato presente na matriz mitocondrial. Esta etapa resulta na formação do primeiro produto do ciclo de Krebs, o citrato. O coenzima A, sai da reação como CoASH.
2 º: Citrato (6 carbonos) Isocitrato (6 carbonos)
O citrato sofre uma desidratação originando o isocitrato. Esta etapa acontece para que a molécula de citrato seja preparada para as reações de oxidação seguintes.
3º: Isocitrato α-cetoglutarato (5 carbonos)
Nesta reação há participação de NAD, onde o isocitrato sofre uma descaborxilação e uma desidrogenação transformando o NAD em NADH, liberando um CO2 e originando como produto o α-cetoglutarato.
4º: αcetoglutarato Succinato (4 carbonos)
O α-cetoglutarato sofre uma descarboxilação, liberando um CO2. Também ocorre uma desidrogenação com um NAD originando um NADH, e o produto da reação acaba sendo o Succinato.
5º: Succinil - CoA
O Succinil - CoA combina-se imediatamente com a coenzima A, originando um composto de potencial energético mais alto, o succinato.
6º: Succinato
Nesta reação houve entrada de GDP + Pi, e liberação de CoA-SH
O succinil-CoA libera grande quantidade de energia quando perde a CoA, originando succinato. A energia liberada é aproveitada para fazer a ligação do GDP com o Pi (fosfato inorgânico), formando o GTP, como o GTP não é utilizado para realizar trabalho deve ser convertido em ATP, assim esta é a única etapa do Ciclo de Krebs que forma ATP.
7º: Succinato Fumarato
Nesta etapa entra FAD.
O succinato sofre oxidação através de uma desidrogenação originando fumarato e FADH2. O FADH2 é formado a partir daredução do FAD.
8°: Fumarato Malato
O fumarato é hidratado formando malato.
9°: Malato Oxalacetato
Nesta etapa entra NAD.
O malato sofre uma desidrogenação originando NADH, a partir do NAD, e regenerando o oxalacetato.
A influência do ciclo de Krebs no processo da respiração celular começa com a glicólise, processo ocorrido no citoplasma de uma célula, onde a glicose, obtida através dos alimentos ingeridos, passa por uma série de dez reações químicas que culminam na formação de duas moléculas de ácido pirúvico. É a partir desse ponto que começa a participação do ciclo de Krebs na respiração propriamente dita.
O ciclo de Krebs ocorre dentro da mitocôndria, logo as moléculas de ácido pirúvico têm que entrar nela. Esse processo só ocorre quando há moléculas de oxigênio suficientes para cada molécula de glicose; se há, na entrada do ácido pirúvico na mitocôndria faz com que o oxigênio reaja com o ácido formando gás carbônico e libera os elétrons dos átomos de hidrogênio presentes na fórmula da glicose. Esses elétrons são transportados pelo NADH e o FADH, duas moléculas transportadoras.
Os elétrons então se responsabilizam pela união de mais um átomo de fósforo, com uma molécula de adenosina difosfato(ADP) formando a adenosina trifosfato o famoso ATP.
Esta molécula de ATP então é que fornecerá a energia para a vida da célula e o transporte ativo de substâncias pelo corpo.
Os compostos intermediários do ciclo de Krebs podem ser utilizados como precursores em vias biossintéticas: oxaloacetato e α-cetoglutarato vão formar respectivamente aspartato e glutamato. A eventual retirada desses intermediários pode ser compensada por reações que permitem restabelecer o seu nível. Entre essas reações, que são chamadas de anapleróticas por serem reações de preenchimento, a mais importante é a que leva à formação de oxaloacetato a partir do piruvato e que é catalisada pela piruvato carboxilase. O oxaloacetato além de ser um intermediário do ciclo de Krebs, participa também da gliconeogênese. A degradação de vários aminoácidos também produz intermediários do ciclo de Krebs, funcionando como reações anapleróticas adicionais.
Observação 1: β-oxidação de ácidos graxos
É adicionada a coenzima A (CoA) aos ácidos graxos de cadeia longa, e esses ácidos graxos, chamados CoA graxos, são identificados pelo complexo protéico Carnitina e assim migram para dentro da mitocôndria. Na mitocôndria, os ácidos graxos unem-se com as enzimas metabólicas, gerando assim o complexo acetil-coA. O piruvato, então, une-se ao complexo acetil-coA, formando-se, assim, o ácido pirúvico, que é extremamente perigoso para a célula. A sua presença em grandes quantidades pode ser mutagênico, portanto, carcinogênico (ou seja, pode provocar cancro, hanseniase, e algumas doenças respiratórias).
Ou seja, a oxidação mitocondrial de ácidos gordos é um processo catabólico de ácidos graxos. Eles sofrem remoção, por oxidação, de sucessivas unidades de dois átomos de carbono na forma de acetil-CoA. Como exemplo pode ser citado o ácido palmítico, que é um ácido graxo de 16 carbonos, ele vai sofrer sete reações oxidativas perdendo em cada uma delas dois átomos de carbono na forma de acetil-CoA. Ao final desse processo os dois carbonos restantes estarão na forma de acetil-CoA.
Mas quando a cadeia de ácidos graxos for ímpar, o produto final da β-oxidação será o propionil-CoA, esse composto, através da incorporação de CO2 e gasto energético através de quebras de ligações do ATP, se transforma em succinil-CoA, que é um composto do Ciclo de Krebs.
Após a β-oxidação, os resíduos acetila do acetil-CoA são oxidados até chegarem a CO2, o que ocorre no ciclo do ácido cítrico. Os acetil-CoA vindos da oxidação vão entrar nessa via junto com os acetil-CoA provenientes da desidrogenação e descarboxilação do piruvato pelo complexo enzimático da piruvato desidrogenase. Nessa etapa haverá produção de NADH e FADH2 para suprir de elétrons a cadeia respiratória da mitocôndria, que levará eles ao oxigênio. Junto a esse fluxo de está a fosforilação do ADP em ATP. Com isso a energia gerada na oxidação de ácidos graxos vai ser conservada na forma de ATP.
A oxidação de ácidos graxos produz muito mais energia que a oxidação de carboidratos. Uma molécula de palmitato, por exemplo, produz um saldo líquido de 129 ATPs, enquanto uma molécula de glicose produz apenas 36.
Em situações de baixa concentração de glicose no sangue (como jejum prolongado ou diabetes mellitus) a β-oxidação é uma alternativa para a a produção de energia (pois libera FADH2 e NADH). Consequentemente, há muita produção de acetil-CoA. O Ciclo de Krebs não consegue absorver todo esse substrato, estando prejudicado, uma vez que seus intermediários estão envolvidos na gliconeogênese. 
Essas moléculas de acetil-CoA se condensam, formando Corpos Cetônicos 
(acetoacetato, β-hidroxibutirato e acetona), essa condensação acaba liberando Coenzima A, o que é essencial para que haja continuidade no Ciclo de Krebs. Essa produção ocorre principalmente no fígado, que por sua vez não possui a capacidade de degradar corpos cetônicos.
1.2.3 Cadeia Respiratória
É uma etapa da respiração celular. 
Esta etapa ocorre nas cristas mitocondriais, onde se encontram transportadores proteicos com diferentes graus de afinidade para os elétrons. As moléculas de NADH e de FADH2, anteriormente formadas (Glicólise e Ciclo de Krebs), transferem os elétrons que transportam para as proteínas (Citocromos) da cadeia transportadora de elétrons. Ao longo da cadeia respiratória ocorre libertação gradual de energia, à medida que os elétrons passam de um transportador para outro. Esta energia libertada vai ser utilizada na síntese de moléculas de ATP, a partir de ADP + Pi, dissipando-se alguma sobre a forma de calor. Cada molécula de NADH permite a síntese de três moléculas de ATP, enquanto que a molécula de FADH2 apenas permite a síntese de duas moléculas de ATP. No final da cadeia transportadora, os elétrons são transferidos para um aceitador final - oxigênio, que capta dois prótons H+, formando-se uma molécula de água. É responsável pela maior parte de ATP da célula.
Aceptores de hidrogênio da cadeia respiratória :
As moléculas de NAD, de FAD e de citocromos que participam da cadeia respiratória captam hidrogênios e os transferem, através de reações que liberam energia, para um aceptor seguinte. Os aceptores de hidrogênio que fazem parte da cadeia respiratória estão dispostos em sequência na parede interna da mitocôndria. O último aceptor de hidrogênios na cadeia respiratória é a formação de moléculas de ATP, processo chamado de fosforilação oxidativa. Cada molécula de NADH2 que inicia a cadeia respiratória leva à formação de três moléculas de ATP a partir de três moléculas de ADP e três grupos fosfatos como pode ser visto na equação a seguir:
1 NADH2 + ½ O2 + 3 ADP + 3P  1 H2O + 3 ATP + 1 NAD
Já a FADH2 formado no ciclo de Krebs leva à formação de apenas 2 ATP.
1 FADH2 + ½ O2 + 2 ADP + 2P  1 H2O + 2 ATP + 1 FAD
1.2.3 Fosforilação Oxidativa
É uma via metabólica que utiliza energia liberada ela oxidação de nutrientes de forma a produzir trifosfato de adenosina (ATP). O processo refere-se à fosforilação do ADP em ATP, utilizando para isso a energia libertada nas reações de oxidação-redução.
Durante a fosforilação oxidativa, existe transferência de elétrons de doadores (moléculas redutoras) a aceitadores (moléculas oxidantes), tais como o dioxigênio, numa reação de oxido-redução. As transferências de elétrons constituem estas reações de oxido-redução, que se processam com liberação de energia, biologicamente aproveitável para a biossíntese de ATP. Em eucariontes, tais reações redox são feitas por cinco complexos principais de proteínas mitocondriais, enquanto que em procariontes, diferentes proteínas localizam-se na membrana interna da célula, dependendo o tipo de enzima utilizado dos aceitadores e doadores. Ao conjunto de complexos proteicos envolvidos nestas reações chama-se cadeia de transporte.
A energia derivada do transportede elétrons é convertida numa força motriz proteica e é principalmente utilizada para bombear prótons para o exterior da matriz mitocondrial. Este processo é denominado quimiosmose e origina energia potencial sob a forma de um gradiente de pH (ou seja, uma concentração diferente de prótons dentro e fora da mitocôndria) e de potencia elétrico através da membrana. A energia é utilizada ao permitir-se o fluxo de prótons a favor do gradiente de concentração através da enzima ATP sintase.
Embora a fosforilação oxidativa seja uma parte vital do metabolismo, produz espécies reativas de oxigênio tais como o superóxido e o peróxido de hidrogênio, que induzem a propagação de radicais livres, danificando componentes celulares (por exemplo, oxidando proteínas e lipídios de membrana) e contribuindo para processos de envelhecimento celular e patologias. Existem também diversos venenos e medicamentos que têm como alvo as enzimas desta via metabólica, inibindo a sua atividade.
A fosforilação oxidativa funciona utilizando reações químicas exergónicas para dar energia a reações endergônicas: os dois tipos de reação dizem-se, neste caso, acoplados, ou seja, um não ocorre sem o outro. O fluxo de elétrons através da cadeia de transporte, desde doadores como o NADH a aceitadores de elétrons como o oxigênio, é um processo exergônico, ou seja, liberta energia, enquanto que a síntese da ATP é endergônica e requer portanto, energia. A variação de energia livre associada à transferência de elétrons através de um dos três complexos corresponde a uma força motriz proteica capaz de fazer a síntese de ATP. Para cada NADH que se oxida, ou seja, para cada par de elétrons transportado pelos complexos I, III e IV, há a síntese de três ATP.
Tanto a cadeia de transporte de elétrons como a ATP sintase se localizam numa membrana. A energia é transferida da cadeia de transporte para a ATP sintase pelo movimento de prótons através da membrana, num processo denominado quimiosmose. Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável a prótons, estes só podem voltar à matriz e desfazer o gradiente através de sítios específicos da membrana interna. O transporte de prótons através desta é feita pelos complexos I, III e IV. A ATP sintase utiliza a energia para sintetizar ATP a partir da fosforilação de difosfato de adenosina (ADP). Parte da enzima sofre uma rotação à medida que os prótons passam por ela.
O movimento de prótons cria um gradiente eletroquímico através da membrana, muitas vezes designada como força motriz. Este gradiente tem duas componentes: uma diferença na concentração de prótons (gradiente de pH) e uma diferença no potencial elétrico, tendo de um lado, uma carga negativa. A energia é armazenada principalmente sob a forma de uma diferença de potenciais elétricos nas mitocôndrias e sob a forma de gradiente de pH nos cloroplastos.
A ATPsintase liberta esta energia armazenada ao completar o circuito e permitir o fluxo de prótons ao longo do potencial eletroquímico, de volta ao lado N da membrana. Esta enzima atua como um motor elétrico, ao usar a força motriz protônica para fornecer energia à rotação de parte da sua estrutura e acoplar este movimento à síntese de ATP.
A quantidade de energia libertada pela fosforilação oxidativa é alta, comparando-se com a quantidade de energia produzida pela fermentação anaeróbia. A glicólise produz apenas duas moléculas de ATP, enquanto que a fosforilação oxidativa produz, a partir de dez moléculas de NADH e duas de succinato, 26 moléculas de ATP, comparando-se a conversão de uma molécula de glicose a dióxido de carbono e água. Este rendimento de ATP é o valor máximo teórico; na prática, alguns prótons passam também através da membrana, baixando o rendimento de produção de ATP.
A cadeia de transporte de elétrons transporta prótons e elétrons, mediando a passagem de elétrons de doadores reduzidos a aceitadores de elétrons e transportando prótons através da membrana. Estes processos tanto usam moléculas solúveis como grupos ligados a proteínas. 
Nas mitocôndrias, os elétrons são transferidos dentro do espaço intermembranas por uma proteína de transporte de elétrons,  citocromo c, que, por ser hidrossolúvel, pode circular no espaço intermembranar. O citocromo c transporta apenas elétrons, através da oxi-redução de um íon de ferro localizado num grupo hemo pertencente à estrutura da proteína. Também se encontra citocromo c nalgumas bactérias, localizando-se no espaço periplasmático. 
Na membrana mitocondrial interna, a coenzima Q (ubuquinona), um transportador de elétrons lipossolúvel, transporta não só elétrons mas também prótons, usando um ciclo redox. Esta pequena molécula de benzoquinona é muito hidrofóbica, podendo por isso difundir-se facilmente pela membrana. Quando Q aceita dois elétrons e dois prótons, passa à forma totalmente reduzida ubiquinol (QH2); quando QH2 liberta dois prótons e dois elétrons, volta ao estado ubiquinona (Q). Como resultado, se duas enzimas estão dispostas de modo que Q seja reduzido de um lado da membrana e QH2 seja oxidado no outro lado, a ubiquinona acoplará estas reações e transportará prótons através da membrana. Algumas cadeias de transporte de elétrons bacterianas usam quinonas diferentes, tais como amenaquinona (ou vitamina K), além da ubiquinona.
Dentro de proteínas, os elétrons são transferidos entre cofactores flavínicos, centros de ferro-enxofre e citocromos. Existem diversos tipos de centros ferro-enxofre. O tipo mais simples que se encontra na cadeia de transporte de elétrons é formado por dois átomos de ferro ligados entre si e por dois átomos de enxofre inorgânico (ou seja, não pertencente a cadeias laterais de aminoácidos), designando-se este tipo de centros [2Fe-2S]. O segundo tipo de centro ferro-enxofre é o [4Fe-4S], sendo similar a um cubo constituído por quatro íons de ferro e quatro de enxofre. Nos centros de ferro-enxofre, cada íon de ferro encontra-se coordenado também a um aminoácido, normalmente através do átomo de enxofre de uma cisteína. Os cofatores contendo metais sofrem reações redox sem ligar ou libertar prótons, pelo que servem apenas para transportar elétrons na cadeia de transporte. Os elétrons conseguem viajar distâncias relativamente grandes dentro das proteínas ao efetuar "saltos" entre as cadeias dos cofatores. Tal ocorre devido ao efeito de tunneling quântico, que é rápido através de distâncias inferiores a 14 Å. 
Observação 2: Respiração Anaeróbia e Aeróbia
Respiração anaeróbia ou anaerobiose é o processo metabólico celular condicionado em ambientes caracterizados pela ausência de gás oxigênio (O2). Muitas bactérias não são tolerantes ao oxigênio, por isso são denominadas de anaeróbias obrigatórias, somente sobrevivem em ambientes redutores.
Outras bactérias, no entanto, mais especializadas conseguem se adaptar a situações diversas: tanto presença quanto ausência de oxigênio, sendo chamadas de anaeróbias facultativas. 
Esse processo facultativo não é restrito apenas aos procariontes, contudo ocorrendo também em alguns eucariontes: certos tipos de fungos (as leveduras) e algumas raras espécies de moluscos, anelídeos, bem como na espécie humana.
Tais organismos obtêm energia para o seu funcionamento, realizando a degradação parcial (incompleta) de moléculas orgânicas, resultando em rendimento energético inferior ao mecanismo aeróbio, portanto menos favorável e um indício para classificar evolutivamente os organismos.
A principal forma de respiração anaeróbia, para produção de ATP, acontece por fermentação. Sendo essa a opção em nossas células musculares, submetidas a um ritmo frenético do metabolismo (contração e relaxamento), onde o fornecimento de oxigênio não supre o esforço requerido, podendo assim causar fadiga muscular. No entanto, essa via metabólica não gera tanto ATP quanto se utilizasse oxigênio.
O processo é semelhante à glicólise da respiração celular, diferenciado apenas pelo agente aceptor, neste caso o ácido pirúvico transformado em ácido lático ou álcool etílico, no instante em que assimilaelétrons e prótons H+ da molécula enzimática intermediária NADH.
A respiração anaeróbia só ocorre em ambientes onde o oxigênio é escasso, como nos sedimentos marinhos e lacustres ou próximo de nascentes hidrotermais submarinas.
Os diferentes tipos da fermentação produzem vários compostos diferentes, como o etanol (o álcool das bebidas alcoólicas, produzido por vários tipos de leveduras e bactérias) ou o ácido láctico do iogurte.
Outras moléculas, como NO2, SO2 são os aceptores finais na cadeia de transporte de elétrons.
A respiração aeróbia requer oxigênio. Na glicólise, é formado o piruvato (também chamado de ácido pirúvico) bem como 2 ATP. Cada piruvato que entra na mitocôndria e é oxidado a um composto com 2 carbonos (acetato) que depois é combinado com a Coenzima-A, com a produção de NADH e libertação de CO2. De seguida, inicia-se o Ciclo de Krebs. Neste processo, o grupo acetil é combinado com compostos com 4 carbonos formando o citrato (C6). Por cada ciclo que ocorre liberta-se 2 CO2, NADH e FADH2. No ciclo de Krebs obtém-se 2 ATPs. Numa última fase - cadeia transportadora de elétrons (ou fosforilação oxidativa) os elétrons removidos da glicose são transportados ao longo de uma cadeia transportadora, criando um gradiente protônico que permite a fosforilação do ADP. O aceptor final de elétrons é o O2, que, depois de se combinar com os elétrons e o hidrogênio, forma água. Nesta fase da respiração aeróbia a célula ganha 32 moléculas de ATP. Isso faz um total ganho de 38 ATP durante a respiração celular em que intervém o oxigênio.
Conclusão
A Mitocôndria é de fundamental importância para a vida dos organismos, pois ela é responsável pela respiração celular e consequentemente a manutenção da vida.
Devemos perceber embora morfologia da estrutura da mitocôndria seja relativamente simples, ocorre dentro dela reações complexas envolvendo vários produtos catalizados por várias enzimas para a obtenção de energia para o nosso organismo.
Lembrando também que todas essas reações acontecem sem a nossa percepção por serem tão comuns, no entanto, quando há algo errado em alguma fase desse metabolismo, o corpo sofre, como é o caso da acidose ou da cetonúria.
Bibliografia
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Weil, J. H. Bioquímica Geral. 2.ed. Lisboa: fundação Calouste Gulbenkian, 2000.