A respiração celular é um processo de obtenção de energia pelos organismos vivos. Para que ocorra, é necessário que o oxigênio se introduza no organismo e o gás carbônico seja eliminado.
1. RESPIRAÇÃO CELULAR
Veremos a partir de agora, as principais etapas da respiração celular:
A primeira etapa da respiração celular é denominada de glicólise. Esta etapa é comum a outros processos metabólicos como a fermentação. É caracterizada por ser uma etapa anaeróbica, ou seja, não precisa do oxigênio. Portanto, ocorre fora das mitocôndrias.
Na glicólise, a molécula de glicose C6H12O6, através de uma série de reações, é quebrada formando duas moléculas de ácido pirúvico (C3H4O3). Perceba um detalhe: A molécula de glicose é formada por 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio. Cada molécula do ácido pirúvico é formada por 3 átomos de carbono, 4 átomos de hidrogênio e 3 átomos de oxigênio. Se fizermos a conta, considerando que para cada molécula de glicose são formadas 2 moléculas de ácido pirúvico, teremos ao final 6 átomos de carbono (3+3), 6 átomos de oxigênio (3+3), e apenas 8 átomos de hidrogênio. Portanto, a pergunta é: Aonde foram parar os outros 4 átomos de hidrogênio? Destes 4 átomos de hidrogênio, 2 deles permanecem livres no citosol e os outros dois átomos são capturados pelos chamados aceptores de elétrons (hidrogênio). Estes aceptores de elétrons são moléculas do NAD+ que ao capturarem os dois hidrogênios formam moléculas altamente energéticas denominadas de NADH. Esta molécula irá atuar novamente na cadeia transportadora de elétrons, como veremos mais adiante. Além dos quatro átomos de hidrogênio, a quebra da molécula de glicose libera quatro elétrons que são suficientes para que ocorra a produção de 4 moléculas ATP. Entretanto, a quebra da molécula de glicose precisou gastar energia. Essa energia gasta inicialmente na quebra da glicose foi equivalente a 2 moléculas de ATP. Como o resultado foram 4 moléculas de ATP e esta etapa estava em débito de 2 moléculas, dizemos, portanto, que o saldo final da etapa da glicólise são de 2 moléculas ATP. As moléculas de ácido pirúvico que são formadas poderão ter 4 possíveis destinos: O primeiro destino é que migrem para o interior da mitocôndria, na matriz mitocondrial, onde dará início ao ciclo de krebs. Outras rotas possíveis são anaeróbicas, onde o ácido pirúvico será utilizado em diferentes processos de fermentação: fermentação alcoólica, acética e láctica.
A segunda etapa corresponde ao chamado ciclo de krebs. O ciclo de Krebs é uma etapa, diferentemente da anterior, aeróbica, ou seja, precisa da presença de oxigênio. Ocorre no interior das mitocôndrias, na matriz mitocondrial. Esta etapa tem início com a chegada do ácido pirúvico na matriz mitocondrial. Ao chegar, o ácido imediatamente se liga a uma substância denominada de coenzima A. Com a união há a formação de uma molécula denominada de Acetilcoenzima A (acetilCoA). Durante a formação desta molécula ocorre a perda de um átomo de carbono, que se junta ao oxigênio do meio formando uma molécula de gás carbônico (CO2) e de dois átomos de hidrogênio que são capturados por dois aceptores de hidrogênio (NAD+). Em seguida, a acetilcoenzima A entra no ciclo de krebs participando ativamente de uma seqüência de 8 reações (Figura 2) onde há formação de mais moléculas de gás carbônico, de íons H+ e de elétrons. Os íons H+ são capturados pelos aceptores de elétrons onde, além do NAD, também há a participação do FAD. Ao longo de cada ciclo são formados 3 NADH e apenas 1 FADH2. Além destes produtos, há também a produção de uma molécula energética, um pouco diferente do ATP. É a molécula de GTP. Essa molécula se difere do ATP apenas em sua estrutura química, e é utilizada na síntese de proteínas. Mais quais são os produtos finais de um ciclo de Krebs. Para cada ciclo são formados 1 ATP, 3 NADH e 1 FADH2. Entretanto, temos que cada ciclo corresponde a apenas uma molécula de ácido pirúvico. Como, na etapa anterior, a quebra de uma molécula de glicose gera dois ácidos pirúvicos, temos que para cada molécula de glicose o ciclo de Krebs gera 2 ATP, 6 NADH e 2 FADH2.
A terceira e última etapa é chamada de cadeia transportadora de elétrons. Esta etapa é responsável pela produção da maior parte de ATP gerado na respiração celular. Ocorre dentro das mitocôndrias, mais precisamente nas cristas mitocondriais. A principal característica desta etapa é a utilização dos aceptores de elétrons NADH e o FADH2. Estas moléculas serão reoxidadas transformando-se novamente em NAD+ e em FAD. Durante este processo de reoxidação há a liberação de elétrons altamente energéticos que passarão por uma cadeia transportadora de elétrons até chegar ao seu aceptor final que é o oxigênio. Durante esta cadeia transportadora de elétrons atuam ativamente os chamados citocromos que atuam captando elétrons e transferindo-os com menos energia. Durante esta cadeia, os elétrons vão perdendo energia até se ligarem ao oxigênio para a formação da água. A energia perdida durante este processo é utilizada para a formação do ATP através da fosforilação oxidativa. “A energia liberada pelos elétrons de alta energia obtidos através da molécula de glicose pode formar até um máximo de 26 ATP. Somando-se estes 26 ATP aos 2 ATP formados na glicólise e aos 2 ATP formados no ciclo de Krebs (1 ATP para cada acetil), tem-se um total de 30 ATP que é máximo formado pela respiração celular, segundo pesquisas atuais”. Agora que relembramos os principais acontecimentos da respiração celular vamos estudar o processo da fisiologia respiratória.
2. FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO
Para entendermos os principais acontecimentos durante a respiração é necessário que saibamos os componentes do sistema respiratório (Figura 1). Os principais órgãos são: as vias respiratórias (boca, nariz, faringe, laringe, traquéia, brônquios e bronquíolos) e um par de pulmões. Há também atuação de dois músculos: diafragma e dos músculos intercostais.
As Principais Estruturas do Sistema Respiratório – Fisiologia Humana
Figura 1. As Principais Estruturas do Sistema Respiratório.
A partir de agora iremos entender todo o mecanismos de respiração.
O ar que entra e sai do nosso corpo depende basicamente de dois movimentos: inspiração e expiração. Quando inspiramos o ar atmosférico ocorre entrada de ar em nosso corpo. Este movimento de inspiração faz com que o diafragma sofra uma contração, empurrando as costelas para cima e aumentando assim o volume da caixa torácica. O ar entra no nosso corpo através de duas vias respiratórias: boca e as cavidades nasais. As cavidades nasais são separadas por uma membrana cartilaginosa denominada de septo nasal.
Após a entrada por estas vias, o ar segue para a faringe de onde será conduzido imediatamente para a laringe. A faringe é uma estrutura comum tanto ao sistema digestivo quanto ao sistema respiratório.
Na laringe existe uma estrutura denominada de epiglote que atua como uma espécie de válvula não permitindo que o ar passe enquanto estiver havendo passagem de água e de alimento para a faringe. Outra estrutura presente na laringe são as chamadas pregas vocais que podem produzir os sons durante a passagem de ar. Ao sai da laringe, o ar segue direto para a traquéia.
A traquéia é um tubo cartilaginoso que liga a laringe aos pulmões. Nos pulmões a traquéia se ramifica em estruturas denominadas brônquios que, por sua vez, se ramificam em pequenos outros tubos denominados bronquíolos. Tanto a traquéia, brônquio e bronquíolos são revestidos por epitélios ciliares que produz muco. Estes epitélios atuam como filtros retendo poeiras e microorganismos. Cada bronquíolo apresenta, em sua extremidade, estruturas denominadas de alvéolos pulmonares que, como visto no sistema circulatório atua na troca de gases no sangue. O ar, após passar pela traquéia, vai transitar por todas estas estruturas sempre na seqüência: brônquios, bronquíolos e alvéolos pulmonares.
Ao chegar aos alvéolos pulmonares, após a troca gasosa, o ar pobre em oxigênio é expulso do corpo através do movimento denominado expiração. Neste movimento ocorre o relaxamento do diafragma e consequentemente, a diminuição do volume da caixa torácica.
O sistema respiratório pode ser controlado, parcialmente pelo próprio indivíduo. Entretanto, o sistema nervoso exerce um controle sobre o sistema respiratório independente de nossa vontade. Os centros nervosos que controlam nossa respiração estão localizados no bulbo. Mas o que faz com que nossa respiração seja ou não estimulada?
Ao contrário do que muito pensam, não é a concentração de oxigênio que estimula ou não a respiração. Na verdade, a concentração de gás carbônico ajuda a ditar o ritmo respiratório. Quanto maior for a concentração de gás carbônico no sistema, maior será a formação do ácido carbônico e a acidez no sangue. Com isso, o sistema nervoso tentando reequilibrar o organismo aumenta o estímulo dos músculos envolvidos na respiração, aumentando assim a freqüência respiratória. Contudo, se o sistema nervoso detectar diminuição brusca de oxigênio no organismo, este irá também estimular o aumento da respiração.
3. OXIGÊNIO E GÁS CARBÔNICO
O oxigênio ao se ligar a hemoglobina forma um complexo altamente instável denominado de oxiemoglobina. O sangue quando percorre os tecidos do corpo libera este oxigênio para os tecidos que se difunde no líquido tissular passando para as células. Por outro lado, as moléculas de gás carbônico se difundem das células para o líquido tissular e destes para o sangue, onde ao se unirem com a hemoglobina formam um composto denominado carboemoglobina. Este processo ocorre toda vez que o sangue sai do coração e segue para os tecidos.
