Respiração celular em humanos

O objetivo da respiração celular é converter a glicose dos alimentos em energia.

As células quebram a glicose em uma série de reações químicas complexas e combinam os produtos da reação com o oxigênio para armazenar energia em trifosfato de adenosina (ATP) moléculas. As moléculas de ATP são usadas para energizar as atividades das células e atuar como fonte de energia universal para os organismos vivos.

Respiração celular em humanos, começa nos sistemas digestivo e respiratório. O alimento é digerido no intestino e convertido em glicose. O oxigênio é absorvido nos pulmões e armazenado nas células vermelhas do sangue. A glicose e o oxigênio viajam para o corpo através do sistema circulatório para chegar às células que precisam de energia.

As células usam a glicose e o oxigênio do sistema circulatório para a produção de energia. Eles entregam o produto residual, o dióxido de carbono, de volta às células vermelhas do sangue e o dióxido de carbono é liberado para a atmosfera através dos pulmões.

Enquanto os sistemas digestivo, respiratório e circulatório desempenham um papel importante na respiração humana, a respiração em um nível celular ocorre dentro das células e no mitocôndria das células. O processo pode ser dividido em três etapas distintas:

• Glicolise: A célula divide a molécula de glicose no citosol celular.
  
• Ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico): Uma série de reações cíclicas produz os doadores de elétrons usados ​​na próxima etapa e ocorre na mitocôndria.
• A cadeia de transporte de elétrons: A série final de reações que usa oxigênio para produzir moléculas de ATP ocorre na membrana interna da mitocôndria.

Na reação geral de respiração celular, cada molécula de glicose produz 36 ou 38 moléculas de ATP, dependendo do tipo de célula. A respiração celular em humanos é um processo contínuo e requer um suprimento contínuo de oxigênio. Na ausência de oxigênio, o processo de respiração celular para na glicólise.

O objetivo da respiração celular é produzir moléculas de ATP através do oxidação de glicose.

Por exemplo, a fórmula de respiração celular para a produção de 36 moléculas de ATP a partir de uma molécula de glicose é C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂Energia O + (moléculas 36ATP). As moléculas de ATP armazenam energia em seus três ligações do grupo fosfato.

A energia produzida pela célula é armazenada na ligação do terceiro grupo fosfato, que é adicionado às moléculas de ATP durante o processo de respiração celular. Quando a energia é necessária, a terceira ligação de fosfato é quebrada e usada para reações químicas celulares. A difosfato de adenosina (ADP) molécula com dois grupos fosfato é deixado.

Durante a respiração celular, a energia do processo de oxidação é usada para mudar a molécula de ADP de volta para ATP, adicionando um terceiro grupo fosfato. A molécula de ATP está, então, novamente pronta para quebrar essa terceira ligação e liberar energia para a célula usar.

Na glicólise, uma molécula de glicose de seis carbonos é dividida em duas partes para formar duas piruvato moléculas em uma série de reações. Depois que a molécula de glicose entra na célula, suas duas metades de três carbonos recebem, cada uma, dois grupos fosfato em duas etapas separadas.

Primeiro, duas moléculas de ATP fosforilar as duas metades da molécula de glicose, adicionando um grupo fosfato a cada uma. Em seguida, as enzimas adicionam mais um grupo fosfato a cada uma das metades da molécula de glicose, resultando em duas metades de moléculas de três carbonos, cada uma com dois grupos fosfato.

Em duas séries finais e paralelas de reações, as duas metades de três carbonos fosforiladas da molécula de glicose original perdem seus grupos fosfato para formar as duas moléculas de piruvato. A divisão final da molécula de glicose libera energia que é usada para adicionar os grupos fosfato às moléculas de ADP e formar ATP.

Cada metade da molécula de glicose perde seus dois grupos fosfato e produz a molécula de piruvato e duas moléculas de ATP.

A glicólise ocorre no citosol celular, mas o resto do processo de respiração celular passa para o mitocôndria. A glicólise não requer oxigênio, mas uma vez que o piruvato se move para a mitocôndria, o oxigênio é necessário para todas as etapas subsequentes.

As mitocôndrias são as fábricas de energia que permitem que o oxigênio e o piruvato entrem através de sua membrana externa e em seguida, deixe os produtos da reação de dióxido de carbono e ATP saírem de volta para a célula e para o sistema circulatório sistema.

O ciclo do ácido cítrico é uma série de reações químicas circulares que geram NADH e FADH₂ moléculas. Esses dois compostos entram na etapa subsequente da respiração celular, o cadeia de transporte de elétrons, e doar os elétrons iniciais usados ​​na cadeia. O NAD resultante⁺ e os compostos FAD são devolvidos ao ciclo do ácido cítrico para serem alterados de volta aos seus NADH e FADH originais₂ formulários e reciclados.

Quando as moléculas de piruvato de três carbonos entram na mitocôndria, elas perdem uma de suas moléculas de carbono para formar dióxido de carbono e um composto de dois carbonos. Este produto de reação é subsequentemente oxidado e unido a coenzima A para formar dois acetil CoA moléculas. Ao longo do ciclo do ácido cítrico, os compostos de carbono são ligados a um composto de quatro carbonos para produzir um citrato de seis carbonos.

Em uma série de reações, o citrato libera dois átomos de carbono como dióxido de carbono e produz 3 NADH, 1 ATP e 1 FADH₂ moléculas. No final do processo, o ciclo reconstitui o composto original de quatro carbonos e começa novamente. As reações ocorrem no interior das mitocôndrias, e o NADH e o FADH₂ as moléculas então participam da cadeia de transporte de elétrons na membrana interna da mitocôndria.

A cadeia de transporte de elétrons é composta por quatro complexos de proteína localizado na membrana interna da mitocôndria. NADH doa elétrons para o primeiro complexo de proteínas, enquanto FADH₂ dá seus elétrons ao segundo complexo de proteína. Os complexos de proteínas passam os elétrons pela cadeia de transporte em uma série de redução-oxidação ou redox reações.

A energia é liberada durante cada estágio redox, e cada complexo de proteína a usa para bombear prótons através da membrana mitocondrial no espaço entre as membranas entre as membranas interna e externa. Os elétrons passam para o quarto e último complexo proteico, onde as moléculas de oxigênio atuam como os aceptores finais de elétrons. Dois átomos de hidrogênio se combinam com um átomo de oxigênio para formar moléculas de água.

À medida que a concentração de prótons fora da membrana interna aumenta, um gradiente de energia é estabelecido, tendendo a atrair os prótons de volta através da membrana para o lado que tem a concentração de prótons mais baixa. Uma enzima da membrana interna chamada ATP sintase oferece aos prótons uma passagem de volta pela membrana interna.

À medida que os prótons passam pela ATP sintase, a enzima usa a energia do próton para transformar ADP em ATP, armazenando a energia do próton da cadeia de transporte de elétrons nas moléculas de ATP.

Os complexos processos biológicos e químicos que constituem a respiração em nível celular envolvem enzimas, bombas de prótons e proteínas interagindo em nível molecular de maneiras muito complicadas. Embora as entradas de glicose e oxigênio sejam substâncias simples, as enzimas e proteínas não são.

Uma visão geral de glicolise, o ciclo de Krebs ou do ácido cítrico e a cadeia de transferência de elétrons ajudam a demonstrar como a respiração celular funciona em um nível básico, mas a operação real desses estágios é muito mais complexa.

Descrever o processo de respiração celular é mais simples em um nível conceitual. O corpo recebe nutrientes e oxigênio e distribui a glicose dos alimentos e o oxigênio para as células individuais, conforme necessário. As células oxidam as moléculas de glicose para produzir energia química, dióxido de carbono e água.

A energia é usada para adicionar um terceiro grupo fosfato a uma molécula de ADP para formar ATP, e o dióxido de carbono é eliminado pelos pulmões. A energia ATP da terceira ligação de fosfato é usada para alimentar outras funções celulares. É assim que a respiração celular forma a base de todas as outras atividades humanas.