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Quando falamos em respiração, logo imaginamos a entrada de oxigênio e a saída de gás carbônico pelas nossas vias respiratórias. No entanto, a palavra respiração pode ser empregada em referência ao processo, a nível celular, no qual ocorre a síntese de ATP.
A respiração pode ser de dois tipos básicos: a aeróbica e anaeróbica. A respiração aeróbica é aquela que utiliza oxigênio como aceptor final. A anaeróbica, por sua vez, não utiliza essa substância. A grande maioria dos seres vivos realiza respiração aeróbica para produzir energia, entre eles algumas bactérias, protistas, fungos, plantas e animais.
A respiração aeróbica pode ser dividida em três etapas básicas: glicólise, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa. Vale destacar, no entanto, que a glicólise é uma fase anaeróbica, uma vez que não depende do oxigênio. Nos seres eucariontes, a glicólise ocorre no citosol, e as outras etapas ocorrem em uma organela denominada mitocôndria.
→ Glicólise
A glicólise é uma etapa em que várias reações químicas ocorrem a fim de realizar a quebra da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico. Inicialmente ocorre a adição de fosfatos, provenientes de duas moléculas de ATP, à molécula de glicose. Após a adição, processo chamado de ativação, a molécula de glicose torna-se instável e quebra-se, formando duas moléculas de ácido pirúvico. Essa quebra produz quatro moléculas de ATP e, com isso, o saldo final do processo é de dois ATP.
Além da produção de ácido pirúvico, a quebra da glicose libera quatro elétrons(e-) e quatro íons H+. Dois H+ e os quatro e- são capturados por duas moléculas de NAD+ (Dinucleotídio de Nicotinamida-adenina), que passam para o estado reduzido: NADH.
→ Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs, também chamado de ciclo do ácido cítrico, acontece no interior da mitocôndria, mais precisamente na matriz mitocondrial. Esse processo inicia-se com a chegada do ácido pirúvico na matriz e sua imediata reação com a coenzima A, que produz uma molécula de acetil-CoA (Acetilcoenzima A) e uma molécula de CO2. Nessa reação observamos também a presença do NAD+, que se transforma em NADH após utilizar dois elétrons e um íon H+ liberados no processo.
As moléculas de acetil-CoA sofrem então oxidação e, ao final, formam-se uma coenzima A intacta e duas moléculas de CO2. Essas reações que garantem a oxidação da acetil-CoA constituem o chamado ciclo de Krebs.
O ciclo de Krebs inicia-se com a combinação do acetil-CoA com o ácido oxalacético, que forma uma molécula de ácido cítrico e uma molécula de coenzima A. Durante as reações seguintes, há a liberação de duas moléculas de CO2, elétrons e íons H+. No final do processo, o ácido oxalacético é recuperado e encontra-se em perfeitas condições para iniciar um novo ciclo. Os elétrons e os íons formados são capturados pelo NAD+ ou FAD (dinucleótido de flavina e adenina), formando respectivamente NADGH ou FADH2. Ao final do ciclo, encontram-se formados 3 NADH e 1FADH2.
Durante o ciclo, a energia liberada faz com que ocorra a formação do GTP (Guanosina trifosfato), uma molécula bastante semelhante ao ATP.
→ Fosforilação oxidativa
Nesse processo ocorre a reoxidação das moléculas de NADH e FADH2, sendo liberada uma grande quantidade de elétrons, que formam água. Durante a formação de água, energia vai sendo liberada e usada na produção de ATP. A fosforilação oxidativa é responsável pela maior parte do ATP produzido pela célula.