Relação entre respiração e alimentação

Todos os seres vivos necessitam de energia para a manutenção, crescimento e reprodução. Os organismos autótrofos produzem o seu próprio alimento pela fotossíntese ou quimiossíntese e são chamados de produtores. Os organismos heterótrofos cuja fonte de energia provem da alimentação de outros seres vivos são chamados consumidores. 

Tanto os produtores como consumidores, quando precisam gastar a energia obtida fazem isso de duas maneiras: respiração celular e fermentação.

Respiração celular

A disciplina da Fisiologia Animal, refere-se ao termo "respiração" como o conjunto de mecanismos que os organismos utilizam para obter O₂ do ambiente externo e eliminar CO_2. Do ponto de vista da Biologia Celular e da Bioquímica, "respiração" refere-se ao processo de extração de energia das moléculas orgânicas (carboidratos, lipídios) por meio da transformação  progressiva em moléculas menores. Essa energia é utilizada pela célula para realização de vários trabalhos fundamentais para o seu funcionamento e manutenção.   

Na falta de oxigênio, há uma forma alternativa de respiração celular  cuja degradação da matéria orgânica pode ser feita usando  nitrito, nitratos, sulfetos ou carbonatos. No solo há várias bactérias desnitrificantes que usam essa forma de produção de energia e participam do ciclo da matéria no Planeta.

Fermentação

Quando a produção de energia pode ser feita sem oxigênio ou sem os sais (nitrato, nitrito, sulfato,etc.) dizemos que é por meio de fermentação. A fermentação não possui uma fase aeróbica e, portanto, a degradação da molécula orgânica é parcial. Há duas formas mais comuns de fermentação: alcoólica (bactérias) e a lática (algumas bactérias, protozoários, fungos e no tecido muscular de vertebrados) como ilustrados abaixo. Note que o saldo de moléculas de ATP produzidos é muito baixo: apenas 2 moléculas de ATP contra 38 moléculas resultante da respiração aeróbica.

Para que serve o ATP?

A energia que os seres vivos necessitam para a realização das atividades biológicas essenciais estão armazenadas nas ligações químicas de várias moléculas, entre as quais a adenosina trifosfato ouATP. Quando é hidrolisada (ou "quebrada") por uma enzima especifica, a ATPase, a energia química é liberada podendo ser prontamente utilizada no transporte ativo de partículas através das membranas biológicas, na contração muscular, nos bioluminescência, etc.). Os seres vivos possuem mecanismos não só para gastar (catabolismo) como também para armazenar energia (anabolismo). No organismo todo o processo bioquímico que produz e gasta energia está acoplado entre si e constituem o metabolismo celular.  

Os animais que respiram oxigênio também podem fazer a fermentação!

Você sabia que nas provas de corridas para 100m que dura uns 9 segundos, o atleta não respira? É isso mesmo! E você sabia que as baleias e os golfinhos, precisam prender a respiração para o mergulho? Então vem pergunta: Além da respiração celular, podemos simultaneamente, usar a fermentação? Muito bem! Acertou! De fato, o atleta de velocidade (da prova de 100m) realiza toda atividade muscular durante os 9 segundos usando energia proveniente da fermentação lática.  Mas se o exercício prolongar, precisará de oxigênio para as células. Em outras palavras, as fibras musculares esqueléticas podem fazer a respiração celular aeróbica e a fermentativa (erroneamente chamado de metabolismo anaeróbico). Por outro lado, as células nervosas e asfibras musculares cardíacas, só podem realizar respiração celular aeróbica e portanto, a falta de oxigênio pode ser fatal. A falta de oxigenação e de glicose nesses tecidos, por um período de tempo critico, certamente causará morte celular, o tão temido infarto.

O fungo, o pão e o vinho:  o que eles têm em comum?

A levedura é um tipo de fungo muito útil e é chamado cientificamente de Saccharomyces cerevisiae.  Ela é incapaz de utilizar o oxigênio para obter a energia necessária para a sua sobrevivência e vive de fermentação alcoólica sendo o açúcar, a fonte de sua nutrição. Do subproduto da fermentação são eliminados o álcool (CH₃CH₂OH) e gás carbônico (CO₂). Assim as destilarias associam a garapa (suco de cana-de-açucar) ao fungo para a fabricação do álcool combustível. Ao invés de garapa, se a fermentação ocorrer no suco de uva, torna-se possível a produção de vinho. Você pode apreciar em casa, uma outra função útil do processo de fermentação.

você já deve visto a sua mãe utilizando o fermento biológico para fazer um delicioso pão caseiro.  Quando a levedura entra em contato com a farinha de trigo ela encontra o seu alimento preferido: glicose. Rapidamente, o processo fermentativo tem início e a população de fungo começa a crescer. Como vimos, um dos subprodutos da fermentação é o CO₂. O gás produzido no meio da massa a faz crescer, deixando-a fofa e macia, pronta para ser modelada e ir ao forno. Durante o processo de assar o álcool evapora e os fungos que prestaram um grande serviço, morrem. 

Quem veio primeiro? Os organismos aeróbicos ou anaeróbicos? Autótrofos ou heterótrofos?

Poder viver sem oxigênio foi decisiva na Terra primitiva. Afinal, quem teria surgido primeiro: os seres vivos que não precisavam de oxigênio (anaeróbicos) ou os que precisavam (aeróbicos)?

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