Respiração Anaeróbica

Definição

Respiração anaeróbica é o tipo de respiração através do qual as células podem quebrar açúcares para gerar energia na ausência de oxigênio. Isto contrasta com o processo altamente eficiente da respiração aeróbica, que depende do oxigénio para produzir energia.

O oxigénio molecular é o mais eficiente aceitador de electrões para a respiração, devido à sua alta afinidade com os electrões. Entretanto, alguns organismos evoluíram para usar outros aceitadores finais de elétrons, e como tal, podem realizar a respiração sem oxigênio.

Overvisão

Respiração é o processo através do qual a energia armazenada no combustível é convertida numa forma que uma célula pode utilizar. Tipicamente, a energia armazenada nas ligações moleculares de uma molécula de açúcar ou gordura é usada para fazer ATP, retirando elétrons da molécula do combustível e usando-os para alimentar uma cadeia de transporte de elétrons.

Respiração é crucial para a sobrevivência de uma célula, pois se ela não conseguir liberar energia dos combustíveis, não terá energia suficiente para conduzir suas funções normais. É por isso que organismos respiradores de ar morrem tão rapidamente sem um suprimento constante de oxigênio: nossas células não conseguem gerar energia suficiente para permanecer vivas sem ele.

Em vez de oxigênio, as células anaeróbicas usam substâncias como sulfato, nitrato, enxofre e fumarato para impulsionar sua respiração celular. Muitas células podem realizar respiração aeróbica ou anaeróbica, dependendo se o oxigênio está disponível.

Respiração anaeróbica vs Aeróbica

Similaridades

Tanto a respiração aeróbica como a anaeróbica são métodos de colheita de energia de uma fonte alimentar, tais como gorduras ou açúcares. Ambos os processos começam com a divisão de uma molécula de açúcar de seis carbonos em 2 moléculas pirúvel de três carbonos, num processo chamado glicólise. Este processo consome duas moléculas de ATP e cria quatro ATP, para um ganho líquido de dois ATP por molécula de açúcar que é dividida.

Tanto na respiração aeróbica como anaeróbica, as duas moléculas piruvadas estão sujeitas a outra série de reacções que utilizam cadeias de transporte de electrões para gerar mais ATP.

São estas reacções que requerem um aceitador de electrões – seja oxigénio, sulfato, nitrato, etc. – a fim de conduzi-los.

Muitas bactérias e arquebactérias só podem realizar a respiração anaeróbica. Muitos outros organismos podem realizar respiração aeróbica ou anaeróbica, dependendo da presença de oxigénio.

Humans e outros animais dependem da respiração aeróbica para se manterem vivos, mas podem prolongar a vida ou o desempenho das suas células na ausência de oxigénio através da respiração anaeróbica.

Diferenças

Após a glicólise, tanto as células aeróbicas como as anaeróbicas enviam as duas moléculas piruvadas através de uma série de reacções químicas para gerar mais ATP e extrair electrões para utilização na sua cadeia de transporte de electrões.

No entanto, quais são essas reações, e onde elas ocorrem, varia entre a respiração aeróbica e anaeróbica

Durante a respiração aeróbica, a cadeia de transporte de elétrons, e a maioria das reações químicas da respiração, ocorrem nas mitocôndrias. O sistema de membranas das mitocôndrias torna o processo muito mais eficiente ao concentrar os reagentes químicos da respiração juntos em um pequeno espaço.

Em contraste, a respiração anaeróbica tipicamente ocorre no citoplasma. Isto porque a maioria das células que realizam exclusivamente a respiração anaeróbica não possuem organelas especializadas. A série de reacções é tipicamente mais curta na respiração anaeróbia e utiliza um aceitador final de electrões como sulfato, nitrato, enxofre ou fumarato em vez de oxigénio.

A respiração anaeróbia também produz menos ATP para cada molécula de açúcar digerida do que a respiração aeróbia, tornando-a um método menos eficiente de gerar energia celular. Além disso, produz diferentes produtos residuais – incluindo, em alguns casos, álcool!

Respiração celular em diferentes organismos

Os organismos podem ser classificados com base nos tipos de respiração celular que realizam.

• Aerobes obrigatórios – organismos que não conseguem sobreviver sem oxigénio. Por exemplo, os seres humanos são aerobes obrigatórios.
• Obligate anaerobes – organismos que não podem sobreviver na presença de oxigénio. Certas espécies de bactérias são anaeróbios obrigatórios, como o Clostridium tetani, que causa o tétano.
• Organismoserotolerantes – organismos que podem viver na presença de oxigênio, mas que não o utilizam para crescer. Por exemplo, a bactéria Streptococcus, que causa Strep garganta.
• Aerobes facultativos – organismos que podem utilizar o oxigénio para crescer, mas que também podem realizar respiração anaeróbica. Por exemplo, Saccharomyces cerevisiae, que é a levedura usada no fabrico de cerveja.

Os cientistas podem classificar os micróbios desta forma usando uma configuração experimental simples com caldo de tioglicolato. Este meio contém uma gama de concentrações de oxigénio, produzindo um gradiente. Isto é devido à presença de tioglicolato de sódio, que consome oxigênio, e ao fornecimento contínuo de oxigênio do ar; na parte superior do tubo, o oxigênio estará presente, e na parte inferior, nenhum oxigênio estará presente.
<h2title=”Tipos”>Tipos de Respiração Anaeróbica

Os tipos de respiração anaeróbica são tão variados quanto os seus aceitadores de electrões. Tipos importantes de respiração anaeróbica incluem:

• Fermentação com ácido láctico – Neste tipo de respiração anaeróbica, a glucose é dividida em duas moléculas de ácido láctico para produzir dois ATP. Ela ocorre em certos tipos de bactérias e alguns tecidos animais, tais como células musculares
• Fermentação alcoólica – Neste tipo de respiração anaeróbica, a glicose é dividida em etanol ou álcool etílico. Este processo também produz dois ATP por molécula de açúcar. Isto ocorre em leveduras e mesmo em alguns tipos de peixes, como peixes vermelhos.
• Outros tipos de fermentação – Outros tipos de fermentação são realizados por algumas bactérias e arquebactérias. Estes incluem a fermentação com ácido propiónico, fermentação com ácido butírico, fermentação com solvente, fermentação com ácido misto, fermentação com butanodiol, fermentação com Stickland, acetogénese, e metanogénese.

Anaerobic Respiration Equations

The equations for the two most common types of anaerobic respiration are:

• Lactic acid fermentation:

C6H12O6 (glucose)+ 2 ADP + 2 pi → 2 lactic acid + 2 ATP

• Alcoholic fermentation:

C6H12O6 (glucose) + 2 ADP + 2 pi → 2 C2H5OH (ethanol) + 2 CO2 + 2 ATP

Examples of Anaerobic Respiration

Sore Muscles and Lactic Acid

During intense exercise, our muscles use oxygen to produce ATP faster than we can supply it.

When this happens, muscle cells can perform glycolysis faster than they can supply oxygen to the mitochondrial electron transport chain.

The result is that anaerobic respiration and lactic acid fermentation occurs within our cells – and after prolonged exercise, the built-up lactic acid can make our muscles sore!

Yeasts and Alcoholic Drinks

As bebidas alcoólicas como o vinho e o uísque são tipicamente produzidas através do engarrafamento de leveduras – que realizam fermentação alcoólica – com uma solução de açúcar e outros compostos flavorizantes.

As leveduras podem utilizar carboidratos complexos, incluindo os encontrados na batata, uvas, milho e muitos outros grãos, como fontes de açúcar para realizar a respiração celular.

Colocar a levedura e sua fonte de combustível em uma garrafa hermética garante que não haverá oxigênio suficiente ao redor, e assim a levedura se converterá em respiração anaeróbica. Isto produz álcool.

O álcool é realmente tóxico para as leveduras que o produzem – quando as concentrações de álcool se tornam suficientemente altas, a levedura começará a morrer.

Por esse motivo, não é possível fabricar vinho ou uma cerveja com um teor alcoólico superior a 30%. No entanto, o processo de destilação, que separa o álcool de outros componentes da cerveja, pode ser utilizado para concentrar o álcool e produzir aguardentes como a vodka.

Metanogénese e Homebrews Perigosos

Felizmente, a fermentação alcoólica não é o único tipo de fermentação que pode acontecer em matéria vegetal. Um álcool diferente, chamado metanol, pode ser produzido a partir da fermentação da celulose. Isto pode causar envenenamento por metanol.

Os perigos do “moonshine” – álcool barato, caseiro, que muitas vezes contém grandes quantidades de metanol devido a processos pobres de fermentação e destilação – foram anunciados no século XX durante a proibição.

A morte e os danos nos nervos devido ao envenenamento por metanol ainda é um problema em áreas onde as pessoas tentam fabricar álcool a baixo custo. Portanto, se você vai se tornar um cervejeiro, certifique-se de fazer o seu trabalho de casa!

Swiss Cheese and Propionic Acid

Fermentação com ácido propiônico dá ao queijo suíço o seu sabor distinto. Os buracos no queijo suíço são na verdade feitos por bolhas de gás carbônico liberado como um produto residual de uma bactéria que usa a fermentação com ácido propiônico.

Após a implementação de normas sanitárias mais rigorosas no século XX, muitos produtores de queijo suíço ficaram perplexos ao descobrir que seu queijo estava perdendo seus buracos – e seu sabor.

Descobriu-se que o culpado era a falta de uma bactéria específica que produz ácido propiónico. Ao longo dos tempos, esta bactéria tinha sido introduzida como um contaminante do feno que as vacas comiam. Mas após a introdução de padrões de higiene mais rigorosos, isto já não acontecia!

Esta bactéria é agora adicionada intencionalmente durante a produção para garantir que o queijo suíço permaneça saboroso e mantenha a sua aparência de holey imediatamente reconhecível.

Vinegar and Acetogenesis

Bacteria that perform acetogenesis are responsible for the making of vinegar, which consists mainly of acetic acid.

Vinegar actually requires two fermentation processes, because the bacteria that make acetic acid require alcohol as fuel!

As such, vinegar is first fermented into an alcoholic preparation, such as wine. The alcoholic mixture is then fermented again using the acetogenic bacteria.

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Bibliography