Respiracao Celular

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Prof. Alencah
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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
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 Acetil-CoA.
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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.
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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 utilizá-lo, 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.
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