Todas as células utilizam a coenzima adenosina trifosfato , também conhecida pela sigla ATP , como principal fonte direta de energia para seus processos metabólicos. Esta molécula é um nucleotídeo composto de adenina (uma base nitrogenada), ribose (um carboidrato) e um grupo trifosfato.

O uso de ATP é praticamente universal entre os seres celulares vivos , há alguns que também podem usar GTP (trifosfato de guanosina), mas não se conhece nenhum que não use ATP . Os nutrientes energéticos podem ser muito diversos (carboidratos, ácidos graxos, aminoácidos, minerais, metais), mas todos são transformados em ATP dentro da célula.

A síntese do ATP é realizada por meio de uma série de reações que podem ser classificadas em dois tipos principais, respiração e fermentação . Ambos os termos são frequentemente usados associando respiração com oxigênio (condições aeróbias) e fermentação com ausência de oxigênio (condições anaeróbias), porém, do ponto de vista bioquímico, essa diferenciação é errônea, visto que existem organismos capazes de realizar respiração anaeróbia e organismos capazes de fermentar em condições ambientais aeróbias.

Respiração e fermentação na célula humana

O que é fermentação?

A fermentação é um processo catabólico oxidativo que parte de um substrato orgânico , do qual não participa o oxigênio (é um processo anaeróbio ) e cujo produto final é outra substância orgânica. Da fermentação, deve ficar claro que:

  • Embora o oxigênio não participe e seja um processo anaeróbio, é um processo oxidativo. A oxidação não é definida pela presença de oxigênio, mas por mudanças eletrônicas no nível atômico ou molecular.
  • Embora seja um processo anaeróbio, é um processo que pode ocorrer na presença de oxigênio no meio ambiente . Existem organismos que não requerem condições anaeróbicas externas para realizar a fermentação em seu interior.
  • Entre os produtos finais estão as moléculas orgânicas , mas também as inorgânicas, como o dióxido de carbono ou a água. Ou seja, é uma oxidação ou combustão incompleta ,

O substrato para a fermentação é geralmente um carboidrato simples, principalmente glicose. A fermentação é classificada de acordo com o produto final. Os mais comuns são a fermentação láctica (ácido láctico) e a fermentação etanólica (etanol, também chamada de fermentação alcoólica). Outros são fermentação acética, butírica, butanodiólica e propiônica.

Na fermentação, por ser uma oxidação incompleta, nem toda a energia química armazenada no substrato é aproveitada. Por exemplo, a fermentação láctica da glicose produz apenas duas moléculas de ATP para cada molécula de glicose.

Qual é a respiração?

A respiração celular é definida como o processo catabólico no qual um substrato é completamente oxidado para gerar compostos inorgânicos . O processo é realizado por meio de uma cadeia de transporte de elétrons , ou cadeia respiratória, presente na membrana citoplasmática de diversos tipos de bactérias, na membrana interna de mitocôndrias de animais ou nos tilacóides de plantas.

Com relação à respiração, deve ficar claro que:

  • Embora seja uma oxidação, mesmo completa, o oxigênio não precisa participar .
  • Pode ocorrer em condições aeróbias externas ou anaeróbias .
  • Uma cadeia de transporte de elétrons está envolvida .
  • O substrato não precisa ser orgânico, mas os produtos finais são sempre inorgânicos .

A respiração celular, para oxidar completamente um substrato orgânico, requer um aceptor de elétrons com alta eletronegatividade no final da cadeia de transporte de elétrons. Com base neste aceitador, a respiração é classificada em (independentemente das condições ambientais externas):

  • Respiração aeróbica : o oxigênio molecular é o último aceptor de elétrons.
  • Respiração anaeróbica : o último aceptor de elétrons é uma substância diferente do oxigênio. Por exemplo, as bactérias são conhecidas por usar nitrato, sulfato, enxofre, ferro III (Fe 3+ ), entre outros. São até conhecidas bactérias que usam moléculas orgânicas como último aceptor, por exemplo fumarato.

A oxidação de um substrato tem um rendimento maior do que a fermentação . Por exemplo, a respiração aeróbia da glicose gera 36 moléculas de ATP em comparação com as duas obtidas em sua fermentação.

Uso da força próton-motora pela cadeia respiratória mitocondrial

Exemplos de respiração celular com um substrato inorgânico inicial incluem bactérias de ferro , que são capazes de oxidar óxido ferroso em óxido férrico e obter energia a partir dessa reação.

Conclusão e principais diferenças

No nível celular, a respiração e a fermentação são dois tipos de processos catabólicos , uma cadeia de reações em que uma molécula é transformada em uma ou mais moléculas mais simples e a energia química liberada é armazenada nas moléculas de ATP.

Ambos também são processos oxidativos, mas a fermentação nunca usa oxigênio , enquanto no tipo de respiração mais comum, aeróbio, o oxigênio molecular (O 2 ) é essencial como o aceptor de elétrons final no processo oxidativo. Uma cadeia de transporte de elétrons também não está envolvida na fermentação.

Isso implica que a respiração aeróbia sempre necessita de oxigênio no ambiente externo ao corpo, ou seja, necessita de condições ambientais aeróbias . No entanto, existem muitos organismos que realizam a fermentação em condições ambientais aeróbicas, por exemplo, muitas leveduras. Em outras palavras, internamente, a fermentação é um processo anaeróbio, mas pode ocorrer em condições ambientais aeróbias.

Outro tipo de respiração, a respiração anaeróbica, não usa oxigênio, mas uma cadeia de transporte de elétrons continua a intervir e a combustão continua a ser completa , a diferença com a respiração aeróbica é que no final da cadeia de transporte de elétrons há outra substância além do oxigênio molecular . A respiração anaeróbica, assim como a fermentação, pode ocorrer em condições ambientais aeróbicas dependendo do organismo, embora seja um processo anaeróbio interno.

Muitos organismos podem realizar fermentação ou respiração dependendo das condições a que a célula está sujeita. Por exemplo, em humanos, a respiração aeróbica decompõe a glicose em piruvato, e o piruvato passa para a mitocôndria, onde é oxidado em dióxido de carbono (CO 2 ) e água (H 2 O), mas se o suprimento de oxigênio não for suficiente, por exemplo nas células musculares diante de exercícios súbitos ou intensos, o piruvato pode seguir a rota da fermentação láctica.

Rotas de fermentação e respiração

Com tudo isso, pode-se concluir que a diferença essencial entre respiração e fermentação é a participação de uma cadeia de transporte de elétrons e a consequente combustão completa , e não a presença ou ausência de oxigênio.