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Introdução à respiração celular

A respiração celular é o processo pelo qual as células obtêm energia a partir da glicose. A reação química da respiração celular tem como entradas glicose e oxigênio e produz como saídas dióxido de carbono, água e energia (ATP). Há três estágios na respiração celular: a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de elétrons. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA2MB - Na minha humilde opinião, a mais importante reação bioquímica (sobretudo, para nós) é a respiração celular. E a razão pela qual eu estou certo disso é porque é por meio dela que tiramos energia a partir do que nós comemos ou de nossas reservas; ou ainda, se quisermos ser mais específicos, da glicose. Em resumo: a maior parte do que comemos, ou pelo menos dos carboidratos, transforma-se em glicose. Nos próximos vídeos, vou falar como produzimos energia a partir de gorduras e proteínas, mas a respiração celular sai da glicose para gerar energia e alguns outros subprodutos. E, para ser um pouco mais específico sobre isso, eu vou escrever a reação química aqui. Na fórmula química da glicose, você vai ter 6 carbonos, 12 hidrogênios e 6 oxigênios. Então, essa é a glicose. Se você tivesse 1 mol de glicose... vou escrever sua glicose bem aqui... para esse mol de glicose, se você tivesse 6 moles de oxigênio molecular correndo em volta da célula... bom, veja, esse é um tipo de simplificação grosseira da respiração celular. Eu acho que você vai gostar porque, ao longo dos próximos vídeos, você poderá se aprofundar mais nesse mecanismo, mas eu acho que é bom entender o contexto geral. Se você me der um pouco de glicose... imaginemos: se você tiver 1 mol de glicose e 6 moles de oxigênio, através do processo de respiração celular... eu estou só escrevendo isso como um tipo de caixa-preta neste momento... deixe-me escolher uma cor agradável... vejam, essa é a respiração celular. Como nós veremos, ela é bastante complicada. Através da respiração celular, nós vamos produzir 6 moles de dióxido de carbono e 6 moles de água. E a parte mais importante: vamos produzir energia. Vamos produzir energia. Esta energia pode ser usada para produzir trabalho, para aquecer os nossos corpos, para fornecer impulsos elétricos para o nosso cérebro... qualquer energia, especialmente a que o corpo humano precisa. E não apenas os seres humanos estão aparelhados com este mecanismo de respiração celular. E, quando você diz "energia", você poderia dizer: "professor, no vídeo que eu assisti, você disse que a ATP é a moeda de troca... ATP é a moeda de troca... para sistemas biológicos". E, aí, você pode dizer: "ah, parece que a glicose é a moeda de troca para os sistemas biológicos!" E é, de certa forma. Ambas as respostas estariam corretas, mas basta ver como ela se encaixa no processo de respiração celular gerando energia diretamente. A energia é usada para produzir ATP. Portanto, se eu fosse quebrar uma parte da energia da respiração celular, ela iria aquecer. Ela simplesmente iria aquecer a célula. E a outra parte dela é também usada, e isso é o que os livros didáticos vão informar a vocês. Os livros dirão que ela produz 38 ATPs. Ele vai ser usado pelas células para contrair os músculos, ou gerar os impulsos nervosos, ou qualquer outra coisa (crescer, dividir ou outra coisa de que a célula precise). Então, a respiração celular produz energia, mas de modo um pouco complexo; é o processo para capturar a glicose e produzir ATPs, talvez com o calor como um subproduto, mas é provavelmente bom ter esse calor por perto. Temos que estar razoavelmente quentes para que nossas células funcionem corretamente. Então, a questão é: partir da glicose, de 1 mol de glicose, e produzir, como os livros vão dizer, 38 ATPs. Estas são as circunstâncias ideais nas quais você vai produzir os 38 ATPs. Eu estava lendo um pouco antes de fazer este vídeo. Na verdade, dependendo da eficiência da célula na realização da respiração, provavelmente ela vai gerar por volta de 29 a 30 ATPs. Existe aqui uma enorme variação, e as pessoas ainda estão estudando isso. Mas, enfim, isso é tudo o que a respiração celular faz. Nos próximos vídeos, iremos dividi-la em suas partes constituintes. Eu vou apresentá-las a você agora de modo que você perceba o que são as fases da respiração celular. A primeira fase é chamada glicólise. Que significa, literalmente, "quebrar a glicose". E você sabe, é claro, que o "glico"... "glico" significa "glicose"... "glico" é de "glicose"... e o "lise" significa "quebra". Quando aprendeu sobre hidrólise, viu que significa usar água para degradar uma molécula. Glicólise significa que vamos quebrar a glicose. E, caso goste de saber a origem das palavras, "glicose" é derivado de "glykys", que, em grego, significa "adocicado". E a glicose é, de fato, doce. E nós colocamos a terminação "-ose" em todos os açúcares; então, isso apenas significa "açúcar". Você pode pensar que é redundante dizer que açúcar é doce, mas há alguns açúcares que não são doces. Por exemplo, a lactose. O leite pode ser um pouco doce, mas, quando você digere a lactose, vai transformá-la em açúcar de verdade, mas que não é doce como a glicose ou a frutose, ou como o sabor da sacarose. Mas, enfim, isso é só um comentário. Vamos em frente: o primeiro passo da respiração celular é a glicólise, a fragmentação da glicose. O que ela faz é fragmentar a glicose, que é uma molécula de 6 carbonos. Eu vou desenhá-la desta forma: uma molécula de 6 carbonos, que se parece com isso. E é, na verdade, um ciclo. Eu vou mostrar como a glicose realmente se parece. Isso aqui é a glicose. E preste atenção que você tem 1, 2, 3, 4, 5, 6 carbonos. Eu peguei isso da Wikipédia, então procure por "glicose" e você vai encontrar esse diagrama, caso queira ver isso em mais detalhes. Você pode ver que você tem 6 carbonos, 6 oxigênios (são 1, 2, 3, 4, 5, 6); e, em seguida, todas essas coisinhas azuis são os meus hidrogênios. É com isso que a glicose realmente se parece. Mas é o processo da glicólise que estamos considerando. Eu estou escrevendo com caracteres, mas você poderia imaginá-la como uma cadeia, com oxigênios e hidrogênios adicionados a cada um desses carbonos... com uma coluna de carbono; e essa coluna de carbono quebra-se em dois. Em dois. Isso é o que a glicólise faz. Assim, você tem a fragmentação da glicose e mais algumas coisas. E eu ainda não desenhei todas as outras coisas que estão relacionadas a ela. Sabe, essas coisas são ligadas umas às outras, como os oxigênios e hidrogênios a qualquer outra coisa. Cada uma dessas colunas de 3 moléculas de carbono são chamadas de piruvato. Falaremos mais detalhadamente sobre isso mais para frente. A glicólise, por si só, é capaz de gerar 4 ATPs; embora ela precise de 2 ATPs. Muito bem! Assim, em uma base líquida, ela gera 2 ATPs. 2... eu vou escrever com uma cor diferente... ela gera 2 ATPs. Esta é a primeira fase; e isso pode ocorrer na ausência completa de oxigênio. Eu vou fazer um vídeo inteiro sobre glicólise no futuro. Em seguida, esses subprodutos sofrem uma pequena reengenharia, e entram no que é chamado de ciclo de Krebs, que gera outros 2 ATPs. E este é um ponto interessante: há outro processo que acontece após o ciclo de Krebs, mas nós estamos em uma célula, e tudo colide contra tudo o tempo todo; mas o ciclo de Krebs é normalmente visto após a glicólise, e isso requer oxigênio. Requer oxigênio. Eu vou ser claro: na glicólise, para este primeiro passo, nenhum oxigênio é necessário. Ela não precisa de oxigênio. Ela pode ocorrer com o oxigênio ou sem ele (não precisa de oxigênio). Você poderia dizer que isso é um processo anaeróbico, esta é a parte anaeróbica da respiração. Eu vou escrever isso também. É melhor escrever aqui: a glicólise, uma vez que não precisa de oxigênio, posso dizer que é feita por via anaeróbica. Você pode estar familiarizado com a ideia do exercício aeróbico. A ideia do exercício aeróbico é fazer você respirar forte, porque você precisa de um monte de oxigênio para fazer exercício. Assim, anaeróbico significa que você não precisa de oxigênio. Aeróbico precisa de oxigênio; anaeróbico significa o oposto, você não necessita de oxigênio. Assim, a glicólise é anaeróbica; e ela produz 2 ATPs. E, em seguida, você vai para o ciclo de Krebs, e há mais um pouco de preparação aqui... e vamos entrar em detalhes sobre isso mais lá para a frente, mas vamos passar para o ciclo de Krebs... que é aeróbico. É aeróbico, ele requer que o oxigênio esteja presente; e, em seguida, isso produz 2 ATPs. E essa é a parte que, sinceramente, quando eu aprendi, me confundiu muito; mas eu só vou escrever da maneira que é tradicionalmente escrita. Então, você conhece algo chamado de cadeia transportadora de elétrons. E esta parte recebe o crédito pela produção da maior parte dos ATPs: 34 ATPs. 34 ATPs! E isso também é aeróbico (requer oxigênio). Se você não tem oxigênio, se as células não estão recebendo oxigênio suficiente, você ainda assim pode produzir um pouco de energia; mas ela está longe de produzir o que você produziria se tivesse oxigênio. Na verdade, quando começa a falta de oxigênio, não é possível continuar. Então, o que acontece é que alguns destes subprodutos da glicólise, em vez de ir para o ciclo de Krebs e para a cadeia transportadora de elétrons, onde eles precisam de oxigênio, eles vão, através de um processo paralelo, produzir o chamado ácido lático. Para alguns organismos, este processo de fermentação leva seus subprodutos da glicólise e literalmente produz álcool (é daí que álcool vem); que é chamada de fermentação do ácido lático. E nós, seres humanos, felizmente (ou infelizmente), nossos músculos não produzem álcool diretamente. Eles produzem ácido lático, então fazemos a fermentação do ácido lático. Deixe-me escrever isso: ácido lático. Os seres humanos e, provavelmente, outros mamíferos. Mas outras coisas, como a levedura, produzem a fermentação alcoólica. Então, isso acontece quando você não tem oxigênio. É esse ácido lático que... se eu corresse muito rápido e não conseguisse obter oxigênio suficiente, meus músculos começariam a doer porque esse ácido lático começa a se acumular. Mas isso é uma coisa paralela. Se tivermos oxigênio, podemos passar ao ciclo de Krebs, obter nossos 2 ATPs, e, depois, seguir para a cadeia transportadora de elétrons e produzir 34 ATPs, que é realmente a maior parte do que acontece na respiração. Agora, eu disse isso como um comentário e, até certo ponto, isso não é justo, porque, enquanto esses caras aqui estão trabalhando, eles também estão produzindo outras moléculas. Não estão produzindo-as inteiramente, mas o que estão fazendo é capturando-as. Eu sei que isso fica complicado aqui, mas acho que, ao longo do curso, dos próximos vídeos, vamos começar a entender melhor. Nessas duas partes da reação (a glicólise e o ciclo de Krebs), estamos constantemente gastando NAD. Vou escrever: NAD⁺. E estamos adicionando hidrogênios a ele para formar o NADH. E isso acontece para uma molécula de glicose, isso acontece em 10 NAD. Os 10 NAD⁺ tornam-se NADH. São eles, realmente, que levam à cadeia transportadora de elétrons. Eu vou falar muito mais sobre isso, e como tudo acontece, por que a energia está sendo gerada, e como é uma reação oxidativa, o que está sendo oxidado, o que está sendo reduzido... mas eu só queria dar o devido crédito. Esses caras não estão produzindo apenas 2 ATPs em cada um dos estágios; estão também produzindo, de fato, 10 NADH combinados. E cada um produz 3 ATPs e, em uma situação ideal, a cadeia transportadora de elétrons. Eles também estão fazendo isso para essa outra molécula, FAD, que é muito semelhante; mas eles estão produzindo FADH. Eu sei que tudo isso é muito complicado. Eu vou fazer vídeos sobre isso no futuro, está legal? Mas a coisa mais importante para lembrar é que, na respiração celular, tudo o que é gasto de glicose está remontando a energia em glicose e regenerando-a no que seus livros dirão 38 ATPs. Se for fazer uma prova, é um bom número para guardar. Ele tende, na realidade, a ser um pouco menor. A respiração celular também vai produzir calor. Na verdade, a maioria deste vai para o aquecimento. A geração dos 38 ATPs é feita através de três etapas. A primeira fase é a glicólise, quando você está apenas dividindo a glicose em duas, e você está gerando alguns ATPs. Mas a coisa mais importante é: você está gerando alguns NADH, que vão ser utilizados posteriormente na cadeia de transporte de elétrons. Em seguida, esses subprodutos são ainda mais divididos no ciclo de Krebs, produzindo diretamente 2 ATPs e produzindo ainda mais NADH. E todos esses NADH serão usados na cadeia transportadora de elétrons para produzir a maior parte de sua moeda energética, ou seus 34 ATPs.