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Processos aeróbicos e anaeróbicos são dois tipos diferentes de processos que as células usam para obter energia dos alimentos que ingerem, dependendo das condições ambientais. A principal diferença entre os dois é que o primeiro é realizado pelas células quando elas estão em um meio rico em oxigênio, enquanto o segundo é realizado quando ele está ausente ou quando a concentração desse gás não é alta o suficiente.
Além dessa diferença fundamental, as reações bioquímicas que ocorrem na presença ou ausência de oxigênio também são diferentes, de modo que os processos aeróbicos e anaeróbicos geralmente levam a produtos intermediários e finais diferentes, bem como a um nível diferente de utilização de energia. nutrientes. Por outro lado, também existem diferenças quanto ao tipo de organismo capaz de utilizar cada processo e a parte da célula em que ocorrem.
Diferenças entre processos celulares aeróbicos e anaeróbicos
A tabela a seguir resume as diferenças mais importantes entre esses dois processos metabólicos. Eles são explicados com mais profundidade posteriormente.
| Processos aeróbicos | Processos Anaeróbicos | |
| Quando ocorrem: | Ocorrem na presença de oxigênio. | Eles ocorrem na ausência de oxigênio ou quando a concentração de oxigênio é baixa. |
| Substrato inicial: | glicose e oxigênio. | Apenas glicose. |
| Produto final: | CO 2 , água e energia na forma de ATP | Energia na forma de ATP e, dependendo do tipo de processo, o produto final pode ser ácido lático ou etanol e CO 2 . |
| Etapas envolvidas: | • Glicólise • Oxidação do piruvato • Ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs. • Fosforilação oxidativa. |
• Glicólise • Oxidação do piruvato • A maioria não envolve o ciclo de Krebs. • A maioria não envolve fosforilação oxidativa. |
| Envolve a cadeia de transporte de elétrons. | No caso da fermentação, não envolve a cadeia de transporte de elétrons. | |
| Eficiência de produção de energia: | Produz grandes quantidades de energia na forma de ATP. Para cada molécula de glicose, um total de 30-32 moléculas líquidas de ATP são produzidas. | Produz pouca energia na forma de ATP. Para cada molécula de glicose fermentada, apenas 2 moléculas líquidas de ATP são produzidas. |
| Parte da célula onde ocorre: | Uma parte ocorre no citoplasma e outra dentro da mitocôndria. | Ocorre no citoplasma e, em alguns casos, na membrana celular. |
| Tipo de organização que o utiliza: | Ocorre em organismos aeróbicos e em anaeróbios facultativos. Não ocorre em anaeróbios estritos ou em anaeróbios tolerantes. |
Ocorre em anaeróbios estritos, facultativos e tolerantes. |
| Diferenças na evolução: | É um processo metabólico mais recente. | Supõe-se que seja o processo metabólico de carboidratos mais antigo. |
ATP: combustível celular
Mesmo após a digestão, as células não podem usar as substâncias nas quais os alimentos que ingerimos são convertidos diretamente como fonte de energia. Este deve processá-los e convertê-los em uma molécula especial chamada adenosina trifosfato, adenosina trifosfato ou ATP, por sua sigla em inglês.
É aqui que entram em ação os processos metabólicos aeróbicos e anaeróbicos, pois ambos representam maneiras diferentes de transformar glicose e outros nutrientes em ATP. Dito de outra forma, os processos aeróbicos e anaeróbicos podem ser vistos como diferentes formas de refinar alimentos para produzir o combustível que as células realmente precisam.
Processos aeróbicos
Os processos aeróbicos referem-se à respiração celular na presença de oxigênio. São uma série de reações bioquímicas que têm o oxigênio como aceptor final dos elétrons gerados pela oxidação da glicose. A reação líquida da respiração aeróbica é:
C 6 H 12 O 6 (glicose) + 6O 2 + 32ADP + 32Pi → 6CO 2 + 6H 2 O + 32ATP
Nesta equação química, ADP representa o monofosfato de adenosina, Pi refere-se ao fosfato inorgânico e ATP é o trifosfato de adenosina.
Os elétrons da oxidação da glicose são transportados para cima na cadeia de transporte de elétrons através de uma série de reações de oxidação-redução conhecidas coletivamente como fosforilação oxidativa. Esse processo ocorre nas mitocôndrias e produz grandes quantidades de energia na forma de ATP.
A respiração aeróbica começa com um estágio que não requer oxigênio chamado glicólise . Nessa primeira fase, que ocorre no citoplasma da célula, a molécula de glicose é dividida em duas por meio de várias reações para produzir duas moléculas de um composto chamado piruvato, gerando duas moléculas líquidas de ATP.
O piruvato formado durante a glicólise é oxidado e então entra na mitocôndria onde entra no ciclo de Krebs, também conhecido como ciclo do ácido tricarboxílico ou ciclo do ácido cítrico. Esse ciclo é acoplado à fosforilação oxidativa , e esses dois processos, juntamente com a glicólise, produzem um total de 32 moléculas líquidas de ATP para cada molécula de glicose metabolizada.
Processos Anaeróbicos
Ao contrário dos processos aeróbicos, os processos anaeróbicos não utilizam oxigênio em nenhuma de suas etapas. Na verdade, o termo engloba os processos de metabolismo da glicose e outros nutrientes na ausência de oxigênio.
Os processos anaeróbicos mais comuns são a respiração anaeróbica e os diferentes tipos de fermentação.
respiração anaeróbica
Refere-se ao modo como alguns microrganismos anaeróbicos realizam a oxidação da glicose. Nesses casos, ao invés do oxigênio ser o aceptor final dos elétrons da glicose, outros compostos inorgânicos como íons nitrato, sulfato, dióxido de carbono e até, em alguns casos, alguns cátions metálicos como ferro (III), manganês (IV) ou urânio (VI).
A respiração anaeróbica é muito semelhante à respiração aeróbica, pois também envolve um estágio inicial de glicólise e uma série de reações de oxidação acopladas a uma cadeia de transporte de elétrons, mas produz menos energia que a respiração aeróbica.
fermentação
A fermentação é outro tipo de processo anaeróbico. Embora também comece com a formação de piruvato através da glicólise, não segue uma cadeia de reações que leve à sua oxidação total como ocorre durante a respiração (anaeróbica ou não).
Dependendo do tipo de produto final no qual o piruvato é transformado, diferentes tipos de fermentação podem ser realizados. Por exemplo, as células musculares podem fermentar o piruvato em ácido lático se não houver oxigênio suficiente ou se houver mais piruvato do que a mitocôndria pode suportar através da respiração aeróbica. Isso pode acontecer quando fazemos exercícios sustentados e de alta intensidade.
Muitos microorganismos também podem realizar outros tipos de fermentação. Alguns, como o fermento, por exemplo, fermentam carboidratos em álcool etílico . Este processo é utilizado para a produção de bebidas alcoólicas. Ainda outras bactérias podem produzir metano por fermentação.
Como a fermentação extrai o piruvato antes que ele atinja a cadeia de transporte de elétrons, ela não é considerada um tipo de respiração, mas é um tipo de processo anaeróbico.
Diferença na produção de energia em processos aeróbicos e anaeróbicos
Uma das diferenças mais importantes entre os processos aeróbicos e anaeróbicos é a capacidade de aproveitar a energia química contida na glicose e em outros alimentos celulares. A respiração aeróbica é muito mais eficiente na produção de energia do que qualquer um dos processos anaeróbicos.
Ambos os processos aeróbicos e anaeróbicos começam com o mesmo estágio inicial, que é a glicólise. Este processo tem uma produção líquida de apenas 2 moléculas de ATP.
No entanto, as semelhanças terminam aqui. Nos processos anaeróbicos, como não há oxigênio, o piruvato não entra no ciclo de Krebs que se acopla à maquinaria de produção de ATP formada pela cadeia transportadora de elétrons, portanto não é possível produzir mais ATP do que as duas moléculas que vêm da glicólise.
Por esta razão, os processos aeróbicos são muito mais eficientes energeticamente do que os anaeróbicos.
Diferenças em sua evolução
Acredita-se que os processos anaeróbicos sejam mais antigos que os aeróbicos, pois a atmosfera primordial não continha oxigênio. Não foi formado até que organismos fotossintéticos, principalmente plantas verdes, evoluíssem, muito depois do surgimento da vida na terra.
Supõe-se que mesmo os primeiros organismos eucarióticos unicelulares eram anaeróbicos. No entanto, ao evoluir por endossimbiose, em algum momento eles incorporaram células fotossintéticas que produziam oxigênio como subproduto e, posteriormente, evoluíram para poder aproveitar esse composto em virtude de seu alto potencial de redução.
Como organismos eucarióticos multicelulares começaram a aparecer na Terra, organismos maiores e mais complexos precisavam produzir mais energia, então os processos aeróbicos foram uma grande vantagem evolutiva. Através da seleção natural, os organismos com mais mitocôndrias capazes de realizar respiração aeróbica sobreviveram e se reproduziram massivamente, passando essas adaptações favoráveis para seus descendentes. As versões mais antigas não conseguiam mais atender à demanda de ATP no organismo mais complexo e desapareceram.
