Respiração celular: o que é, etapas e tipos (aeróbica e anaeróbica)

Respiração celular é o processo em que as células transformam nutrientes, principalmente a glicose, em energia na forma de ATP, utilizada pelo organismo para realizar funções, como crescimento, manutenção celular e contração muscular.

A respiração celular pode ocorrer de forma aeróbica, quando utiliza oxigênio e produz uma grande quantidade de energia, ou anaeróbica, quando não há oxigênio e a produção de ATP é menor.

Na respiração celular aeróbica, o processo acontece em etapas, em que a glicólise ocorre no citoplasma, e o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória na mitocôndria, sendo esta última etapa responsável pela maior produção de ATP.

Tipos de respiração celular

A respiração celular pode ocorrer na presença ou ausência de oxigênio, sendo classificadas em:

1. Respiração celular aeróbica

A respiração celular aeróbica ocorre na presença de oxigênio e é o tipo mais eficiente de produção de energia, que acontece em três etapas principais: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. 

Ao final do processo, a glicose é completamente degradada, formando dióxido de carbono e água, e gerando uma grande quantidade de ATP, que pode chegar a cerca de 30 a 32 moléculas por glicose.

2. Respiração celular anaeróbica

A respiração celular anaeróbica é o processo em que as células produzem energia sem usar oxigênio, ocorrendo quando ele é escasso, como em exercícios intensos, ou em alguns microrganismos, como certas bactérias.

Nesse processo, a glicose também é quebrada na glicólise, gerando uma pequena quantidade de ATP e formando o piruvato. Como não há oxigênio, o piruvato sofre fermentação para permitir que a glicólise continue funcionando.

Existem dois tipos principais de fermentação: 

• Fermentação láctica, que ocorre em células musculares e produz ácido láctico;
• Fermentação alcoólica, que ocorre em leveduras e produz álcool e dióxido de carbono. 

A respiração anaeróbica gera muito menos energia do que a aeróbica, mas é importante porque garante a produção de ATP em situações de falta de oxigênio.

Etapas da respiração celular

As etapas da respiração celular são:

1. Glicólise

A glicólise é a primeira etapa da respiração celular e acontece no citoplasma da célula. Nessa fase, a glicose é quebrada em duas moléculas menores chamadas piruvato. 

Durante esse processo, a célula produz energia na forma de ATP. Inicialmente, são gastos 2 ATP para iniciar as reações, mas ao final são produzidos 4 ATP, resultando em um saldo de 2 ATP.

Além do ATP, a glicólise também produz 2 moléculas de NADH, que são responsáveis por transportar elétrons e energia para as próximas etapas da respiração celular. 

O piruvato formado seguirá para a mitocôndria, onde continuará sendo processado no ciclo de Krebs caso haja oxigênio disponível.

2. Ciclo de Krebs

O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial, dentro das mitocôndrias. Antes de entrar no ciclo, o piruvato é transformado em acetil-CoA, liberando dióxido de carbono. Saiba o que é a acetil-CoA.

Em seguida, o acetil-CoA entra no ciclo de Krebs que têm como objetivo liberar energia de forma controlada.

Para cada acetil-CoA, são produzidas 3 moléculas de NADH, 1 molécula de FADH₂, 1 molécula de ATP e 2 moléculas de CO₂. Como uma molécula de glicose gera duas moléculas de acetil-CoA, o resultado final por glicose é: 6 NADH, 2 FADH₂, 2 ATP (ou GTP) e 4 CO₂.

As moléculas NADH e FADH₂ são importantes porque carregam energia na forma de elétrons para a próxima etapa da respiração celular, onde será produzida a maior parte do ATP.

3. Cadeia respiratória ou fosforilação oxidativa

A cadeia respiratória acontece na membrana interna das mitocôndrias e é a etapa que produz a maior quantidade de ATP. Nela, as moléculas NADH e FADH₂, formadas nas etapas anteriores, liberam elétrons que passam por uma série de proteínas. 

À medida que esses elétrons são transportados, ocorre a liberação de energia, que é usada para bombear prótons e criar um gradiente eletroquímico.

Esse gradiente é utilizado por uma enzima chamada ATP sintase, que produz ATP a partir de ADP e fosfato. Nessa etapa, são produzidos cerca de 26 a 28 ATP por molécula de glicose, dependendo do tipo de célula e das condições metabólicas.

O oxigênio tem um papel essencial como receptor final dos elétrons, combinando-se com os prótons para formar água. Sem o oxigênio, esse processo não acontece de forma eficiente, e a produção de ATP cai drasticamente.

Balanço energético

O balanço energético da respiração celular corresponde à quantidade final de ATP produzido a partir de uma molécula de glicose. 

Na respiração aeróbica, após as etapas da glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória, o balanço energético é de aproximadamente 30 a 32 ATP por glicose, podendo variar conforme o tipo de célula e as condições metabólicas. 

Já na respiração anaeróbica, o balanço é bem menor, com produção de apenas 2 ATP por glicose, gerados na glicólise.

Onde ocorre 

A respiração celular ocorre em diferentes partes da célula, dependendo da etapa do processo. A primeira etapa, a glicólise, acontece no citoplasma, onde a glicose é quebrada em moléculas menores. Veja as estruturas das células.

As etapas seguintes, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória, ocorrem dentro das mitocôndrias, que são as organelas responsáveis pela produção da maior parte da energia da célula. 

Resumo da respiração celular

Segue a tabela abaixo com um resumo dos principais tipos de respiração celular:

A respiração celular aeróbica é muito mais eficiente porque aproveita melhor a energia da glicose, enquanto a anaeróbica é apenas uma alternativa rápida quando não há oxigênio disponível, mas com baixo rendimento energético.

Fontes utilizadas na respiração celular

Embora a glicose seja a principal molécula usada na respiração celular, as células também podem obter energia a partir de outras substâncias quando necessário, como:

• Lipídios, são uma fonte muito eficiente de energia e são quebrados em glicerol e ácidos graxos. O glicerol pode ser convertido em intermediários da glicólise, enquanto os ácidos graxos são transformados em acetil-CoA, que entra diretamente no ciclo de Krebs;
• Proteínas, podem ser utilizadas em situações de falta de glicose e são degradadas em aminoácidos. Após a remoção do grupo amina, seus esqueletos de carbono podem se transformar em intermediários da glicólise, do ciclo de Krebs ou em acetil-CoA, dependendo do tipo de aminoácido. 

Esses outros nutrientes são especialmente importantes em períodos de jejum prolongado ou baixa disponibilidade de carboidratos, garantindo que o organismo continue produzindo energia para manter suas funções vitais.

Questões sobre respiração celular

Algumas questões frequentes sobre respiração celular são:

1. Qual a equação da respiração celular?

A equação geral da respiração celular aeróbica é: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energia (ATP).

Isso significa que uma molécula de glicose reage com seis moléculas de oxigênio, produzindo seis moléculas de dióxido de carbono, seis de água e energia na forma de ATP.

2. Qual a organela responsável pela respiração celular?

A organela responsável pela respiração celular é a mitocôndria, conhecida como a usina de energia da célula porque é nela que ocorre a maior parte da produção de ATP. 

Dentro da mitocôndria acontecem etapas importantes da respiração celular, como o ciclo de Krebs, na matriz mitocondrial, e a cadeia respiratória ou fosforilação oxidativa, na membrana interna.

3. Qual a função da respiração celular?

A função da respiração celular é produzir a energia necessária para o funcionamento das células e, consequentemente, de todo o organismo. 

Durante esse processo, as células quebram moléculas de glicose e liberam energia, que é armazenada na forma de ATP. 

Esse ATP funciona como uma fonte de energia usada pelas células para realizar atividades essenciais, como contração muscular, transporte de substâncias, crescimento, reparação de tecidos, divisão celular e manutenção das funções vitais. 

Sem a respiração celular, as células não teriam energia suficiente para sobreviver e desempenhar suas funções corretamente.

4. Porque a respiração celular depende da respiração pulmonar?

A respiração celular depende da respiração pulmonar porque as células precisam de oxigênio para produzir energia de forma eficiente. 

A respiração pulmonar é responsável por captar o oxigênio do ar e levá-lo até o sangue, que o transporta para todas as células do corpo. Esse oxigênio é utilizado na respiração celular para realizar a cadeia respiratória.

Além disso, o dióxido de carbono produzido nas células durante esse processo é levado pelo sangue até os pulmões, sendo eliminado na respiração pulmonar.