A respiração celular é o resultado da oxidação de compostos orgânicos, e não apenas o resultado de trocas gasosas. É a oxidação de compostos orgânicos para a produção de energia, mas é um processo muito complexo, que produz vários compostos importantes para o metabolismo, além de energia.
A respiração ocorre em todas as células vivas. A energia liberada a partir da oxidação dos alimentos será utilizada na síntese de substâncias, absorção de sais minerais, entre outros processos, não existindo um órgão sede. Ela é de fundamental importância para a vida, tendo como consequência a morte celular caso pare.
1. Fotossíntese
Nesse caso, a intensidade da respiração varia conforme a necessidade metabólica de cada célula e pode ser medida por meio do gás carbônico liberado e pelo oxigênio absorvido. Como a fotossíntese e a respiração ocorrem ao mesmo tempo e uma usa os produtos da outra, a respiração das plantas deve ser medida no escuro.
2. Fermentação
Este é o processo pelo qual os alimentos são oxidados de forma anaeróbica, sendo a mais comum chamada de fermentação alcoólica, que tem como produto o álcool etílico (C2H5OH). Esse tipo de respiração ocorre na ausência do oxigênio.
Porém, algumas bactérias e fungos podem fazê-la mesmo na presença deste gás, pois são incapazes de utilizá-los na respiração. A fermentação alcoólica é realizada por leveduras, principalmente da espécie Saccharomyces cerevisiae, bactérias e algumas plantas superiores e pode ser representada pela seguinte equação: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + AT.
3. Respiração aeróbica
Esse processo é muito mais eficiente do que o da fermentação. Isto porque, para cada molécula de glicose degradada, são produzidas na respiração 38 moléculas de ATP, a partir de 38 moléculas de ADP e 38 grupos de fosfatos. Na fermentação, apenas duas moléculas de ATP são produzidas para cada molécula de glicose utilizada. A eficiência da respiração em termos energéticos é, portanto, 19 vezes maior do que a da fermentação.
A respiração aeróbica é um processo muito mais complexo do que a fermentação. São necessários cerca de 60 passos metabólicos a mais, além dos nove que compõem a glicólise, para que uma molécula de glicose seja totalmente degradada a CO2 e H2O, em presença de O2.
4. Glicose
Esse tipo de respiração consiste na transformação de uma molécula de glicose, ao longo de várias etapas, em duas moléculas de ácido pirúvico. Nesse processo são liberados quatro hidrogênios, que se combinam dois a dois, com moléculas de uma substância celular capaz de recebê-los: o NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo). Ao receber os hidrogênios, cada molécula de NAD se transforma em NADH2. Durante o processo, é liberada energia suficiente para a síntese de 2 ATP.
5. Ciclo de Krebs
Nesse caso, as moléculas de ácido pirúvico resultantes da degradação da glicose penetram no interior das mitocôndrias, onde ocorre a respiração propriamente dita. Cada ácido pirúvico reage com uma molécula da substância conhecida como coenzima A, originando três tipos de produtos: acetil-coenzima A, gás carbônico e hidrogênios.
O CO2 é liberado e os hidrogênios são capturados por uma molécula de NADH2 formada nessa reação. Estas participarão da cadeia respiratória. Em seguida, cada molécula de acetil-CoA reage com uma molécula de ácido oxalacético, resultando em citrato (ácido cítrico) e coenzima A.
6. Cadeia respiratória
Na glicólise há um rendimento direto de duas moléculas de ATP por moléculas de glicose degradadas. Formam-se, também, duas moléculas de NADH2 que, na cadeia respiratória, fornecem energia para a síntese de seis moléculas de ATP.
Durante o ciclo de Krebs, as duas moléculas de Acetil-CoA levam a produção direta de duas moléculas de ATP. Formam-se, também, seis moléculas de NADH2 e duas moléculas de FADH2 que, na cadeia respiratória, fornecem energia para a síntese de dezoito moléculas de ATP (para o NAD) e quatro moléculas de ATP (para o FAD).
A contabilidade energética completa da respiração aeróbica é, portanto: 2 + 6 + 6 + 2 + 18 + 4 = 38 ATP. O resumo de todas as etapas resulta na seguinte equação geral: 1C6H12O6 + 6O 2 + 38 ADP > 6CO2 + 6H2O + 38 ATP.
7. Quimiossíntese
É a reação que produz energia química, convertida da energia de ligação dos compostos inorgânicos oxidados. Sendo a energia química liberada, empregada na produção de compostos orgânicos e gás oxigênio (O2), a partir da reação entre o dióxido de carbono (CO2) e água molecular (H2O).
Esse processo autotrófico de síntese de compostos orgânicos ocorre na ausência de energia solar. É um recurso normalmente utilizado por algumas espécies de bactérias e arqueobactérias (bactérias com características primitivas ainda vigentes).
Recebendo a denominação segundo os compostos inorgânicos reagentes, eles podem ser: ferrobactérias e nitrobactérias ou nitrificantes (nitrossomonas e nitrobacter, gênero de bactérias quimiossintetizantes). As ferrobactérias oxidam substâncias à base de ferro para conseguirem energia química, já as nitrificantes, utilizam substâncias à base de nitrogênio.