Diferenças entre respiração celular aeróbica, anaeróbica e fotossíntese

Escrito por david chandler | Traduzido por natalia peres
Diferenças entre respiração celular aeróbica, anaeróbica e fotossíntese

A respiração celular permite que os organismos vivos convertam alimentos em energia utilizável

animals image by TEMISTOCLE LUCARELLI from Fotolia.com

A respiração aeróbica, a respiração anaeróbica e a fermentação são os métodos para células vivas produzirem energia a partir de fontes de alimento. Enquanto todos os organismos vivos fazem um ou mais destes processos para a produção de energia, apenas um grupo selecionado de organismos é capaz de produzir o alimento pela fotossíntese da luz solar. Contudo, mesmo nestes organismos, o alimento produzido é convertido em energia celular, através da respiração celular. Uma característica distintiva da respiração aeróbica por vias de fermentação é o pré-requisito do oxigênio e um rendimento muito maior de energia por molécula de glicose. Fermentação e respiração anaeróbica compartilham a ausência de oxigênio, mas a respiração anaeróbica utiliza uma cadeia de transporte de elétrons para a produção de energia,igual à respiração aeróbia, enquanto a fermentação simplesmente fornece as moléculas necessárias para a glicólise continuada, sem qualquer produção de energia adicional.

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Glicólise

Glicólise é uma via de início universal conduzida no citoplasma das células para quebrar a glicose em energia química. A energia liberada a partir de cada molécula de glicose é utilizada para conectar um fosfato a cada uma das quatro moléculas de difosfato de adenosina (ADP) para produzir duas moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) e uma molécula de NADH adicional. A energia armazenada na ligação de fosfato é usada em outras reações celulares e é frequentemente considerada como a energia "moeda" da célula. No entanto, uma vez que a glicólise requer o fornecimento de energia a partir de duas moléculas de ATP, o rendimento líquido da glicólise é de apenas duas moléculas de ATP por molécula de glicose. A glicose em si é quebrada durante a glicólise, virando piruvato. Outras fontes de combustível, tais como gorduras, são metabolizadas através de outros processos, por exemplo, o ácido graxo em espiral, no caso dos ácidos graxos, para produzir moléculas de combustível que podem adentrar vias respiratórias em vários pontos durante a respiração.

Respiração aeróbica

A respiração aeróbica ocorre na presença de oxigênio e produz a maior parte da energia para organismos que fazem esse processo. Neste processo, o piruvato produzido durante a glicólise é convertido em acetil-coenzima A (acetil-CoA) antes de entrar no ciclo do ácido cítrico, também conhecido como o ciclo de Krebs. O acetil-CoA é combinado com oxalacetato para produzir ácido cítrico na fase inicial do ciclo do ácido cítrico. A série subsequente converte o ácido cítrico em oxalacetato e produz energia de transporte de moléculas chamadas NADH e FADH2. Estas moléculas de energia são desviadas para a cadeia de transporte de elétrons, ou fosforilação oxidativa, onde eles produzem a maior parte do ATP produzido durante a respiração celular aeróbia. O dióxido de carbono é produzido como um produto residual durante o ciclo de Krebs, enquanto o oxalacetato produzido por uma volta do ciclo de de Krebs é combinado com outro acetil-CoA para iniciar o processo outra vez. Em organismos eucariotas, tais como plantas e animais, tanto ciclo de Krebs quanto a cadeia de transporte de elétrons ocorrem em uma estrutura especializada chamada mitocôndria enquanto as bactérias capazes de respiração aeróbia conduzem esses processos ao longo da membrana plasmática, já que elas não têm as organelas especializadas encontradas em células eucariontes. Cada volta do ciclo de Krebs é capaz de produzir uma molécula de trifosfato de guanina (GTP), que é facilmente convertida em ATP, e um adicional de 17 moléculas de ATP por meio da cadeia de transporte de elétrons. Uma vez que a glicólise rende duas moléculas de piruvato para uso no ciclo de Krebs, o rendimento total para a respiração aeróbia é de 36 ATP por molécula de glicose, além dos dois ATP produzidos durante a glicólise. O aceptor terminal para os elétrons durante a cadeia de transporte de elétrons é o oxigênio.

Fermentação

Não deve ser confundida com a respiração anaeróbica, a fermentação ocorre na ausência de oxigênio no interior do citoplasma das células e converte piruvato em um produto residual, produzindo energia para carregar as moléculas necessárias para continuar a glicólise. Uma vez que a energia só é produzida durante a fermentação através da glicólise, o rendimento total por molécula de glicose é de dois ATP. Embora a produção de energia seja substancialmente menor do que a respiração aeróbia, a fermentação permite a conversão do combustível em energia para continuar na ausência de oxigênio. Exemplos de fermentação incluem a fermentação do ácido lático, em humanos e outros animais, e a fermentação do etanol por leveduras. Os resíduos são reciclados quando o organismo entra novamente em um estado aeróbio ou removidos do organismo.

Respiração anaeróbica

Encontrado em alguns procariontes, a respiração anaeróbica utiliza uma cadeia de transporte de elétrons assim como a respiração aeróbia, mas em vez de usar o oxigênio como um aceptor terminal de elétrons, outros elementos são utilizados. Estes receptores alternativos incluem nitrato, sulfato, enxofre, dióxido de carbono e outras moléculas. Estes processos são importantes contribuintes para o ciclo de nutrientes nos solos, bem como permitindo que estes organismos colonizem áreas inabitáveis ​​por outros organismos. Estes organismos podem ser anaeróbios obrigatórios, capazes de realizar estes processos apenas na ausência de oxigênio, ou anaeróbios facultativos, capazes de produzir energia na presença ou ausência de oxigênio. A respiração anaeróbica produz menos energia do que a respiração aeróbia, porque estes aceptores de elétrons alternativos não são tão eficientes como o oxigênio.

Fotossíntese

Ao contrário das várias vias de respiração celular, a fotossíntese é usada pelas plantas, algas e algumas bactérias para produzir o alimento necessário para o metabolismo. Nas plantas, a fotossíntese ocorre em estruturas especializadas chamadas cloroplastos enquanto as bactérias fotossintéticas tipicamente realizam a fotossíntese ao longo de extensões membranosas da membrana plasmática. A fotossíntese pode ser dividida em duas etapas: as reações dependentes de luz e as reações independentes de luz. Durante as reações dependentes de luz, a energia da luz é usada para energizar elétrons removidos a partir de água e produzir um gradiente de prótons, que por sua vez produzem moléculas de alta energia que alimentam as reações independentes de luz. Como os elétrons são arrancados das moléculas de água, elas são quebradas em oxigênio e prótons. Os prótons contribuem para o gradiente de prótons, mas o oxigênio é liberado. Durante as reações independentes de luz, a energia produzida durante as reações de luz é utilizada para produzir moléculas de açúcar a partir do dióxido de carbono através de um processo denominado Ciclo de Calvin. O Ciclo de Calvin produz uma molécula de açúcar para cada seis moléculas de dióxido de carbono. Combinada com as moléculas de água utilizadas nas reações dependentes de luz, a fórmula geral para a fotossíntese é 6 H2O + 6 CO2 + luz -> C6H12O6 + 6 O2.

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