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Última atualização 14 de abril de 2025

Por que o oxigênio é tão essencial à vida?

Respiração celular nas mitocôndrias

O oxigênio e a evolução da vida

O aparecimento do oxigênio na atmosfera terrestre há cerca de 2,4 bilhões de anos (Grande Oxidação) permitiu a seleção e o desenvolvimento de estruturas celulares especializadas e organismos multicelulares. A eficiência energética oferecida pela respiração aeróbica (que utiliza oxigênio) tornou possível esse desenvolvimento.

O dioxigênio (O₂), a forma molecular do oxigênio gasoso que respiramos, é indispensável para a maioria dos organismos vivos porque desempenha um papel central na produção de energia celular. Esse processo, chamado Respiração Celular Aeróbica, ocorre principalmente nas mitocôndrias das células eucarióticas.

Sem oxigênio, nossas células não poderiam produzir eficientemente ATP (adenosina trifosfato), a molécula energética universal que alimenta todas as funções biológicas.

O papel do oxigênio na produção de energia

O oxigênio é o aceptor final de elétrons na cadeia de transporte de elétrons localizada na membrana interna das mitocôndrias. O oxigênio atua, portanto, como aceptor final de elétrons na cadeia respiratória, permitindo a produção de energia a partir de moléculas de Adenosina Trifosfato (ATP).

A produção de ATP (C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃) a partir de glicose (C₆H₁₂O₆) e dioxigênio (O₂) é um processo complexo chamado respiração celular aeróbica (30-38 ATP produzidos por glicólise). Sem oxigênio, o rendimento energético cai consideravelmente (apenas 2 ATP por glicólise).

Esta transformação é a chave do metabolismo energético dos organismos aeróbicos!

A energia é liberável na forma de elétrons

A glicose (C₆H₁₂O₆) é uma estrutura química rica em elétrons (12 ligações C-H oxidáveis). Durante sua degradação metabólica, as ligações da glicose são quebradas, liberando facilmente elétrons para um aceptor como o oxigênio.

Os elétrons transferidos para o oxigênio (O₂), via cadeia respiratória mitocondrial, geram um gradiente de prótons (H⁺). O fluxo de H⁺ alimenta a ATP sintase. O₂ garante a evacuação dos e⁻ e a manutenção do gradiente.

Decomposição da fórmula ATP (Adenosina Trifosfato).

ATP (C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃)

Resumo da Respiração Celular Aeróbica da Glicose

EtapaLocalização celularReagentes / ProdutosATP formadosCoenzimas reduzidasEnergia (ΔG, kJ/mol)
GlicóliseCitoplasmaC₆H₁₂O₆ → 2 piruvatos+2 líquido (4 formados, 2 consumidos)2 NADH≈ –85
Descarboxilação oxidativaMatriz mitocondrial2 piruvatos → 2 acetil-CoA + 2 CO₂02 NADH≈ –60
Ciclo de KrebsMatriz mitocondrial2 acetil-CoA → 4 CO₂+2 GTP (≈ ATP)6 NADH, 2 FADH₂≈ –150
Cadeia respiratória
(fosforilação oxidativa)
Membrana interna mitocondrialNADH, FADH₂ + O₂ → H₂O+26 a +34 ATPNAD⁺, FAD regenerados≈ –2575
Total para 1 molécula de glicose≈ 30 a 38 ATP10 NADH, 2 FADH₂ΔG ≈ –2870 kJ/mol

N.B.: O sinal de menos em ΔG = –2870 kJ/mol indica uma variação de potencial termodinâmico, especificamente a energia livre de Gibbs, durante a evolução de um sistema químico.

Fontes: Nelson & Cox (Lehninger, 2021), Berg et al. (Biochemistry, 2019), CRC Handbook (2022), Atkins (2020), NIH ODS (2023).

Resistência variável dos tecidos à falta de oxigênio

A privação de oxigênio (hipóxia) leva rapidamente a disfunções celulares. Após apenas alguns minutos sem oxigênio, as células cerebrais começam a morrer, o que explica por que a asfixia é tão rapidamente fatal.

As exceções

Os organismos multicelulares anaeróbicos estritos são extremamente raros, pois a maioria dos seres multicelulares depende da respiração aeróbica para sua alta demanda energética. No entanto, algumas exceções notáveis existem, principalmente em ambientes extremos pobres em oxigênio, como Henneguya salminicola (Parasita do Salmão), Loricifera (Ecossistemas anóxicos dos fundos marinhos), Vermes Nematóides de Sedimentos Profundos, Fungos Anaeróbicos.

Elementos Químicos Mais Utilizados pelo Organismo Humano

ElementoSímboloPorcentagem em massa (%)Papel(es) fisiológico(s)Classe
OxigênioO65Constituinte da água e das moléculas orgânicas, respiração celularElemento maior
CarbonoC18Base das moléculas orgânicas (carboidratos, lipídios, aminoácidos, DNA)Elemento maior
HidrogênioH10Constituinte da água, equilíbrio ácido-baseElemento maior
NitrogênioN3Aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos (DNA, RNA)Elemento maior
CálcioCa1.5Estrutura óssea, contração muscular, sinalização celularMacronutriente
FósforoP1.0ATP, DNA, ossos, fosfolipídios de membranaMacronutriente
PotássioK0.35Equilíbrio osmótico, transmissão nervosa, contração muscularMacronutriente
EnxofreS0.25Aminoácidos sulfurados (cisteína, metionina), coenzimasMacronutriente
SódioNa0.15Transmissão nervosa, pressão osmótica, absorção intestinalMacronutriente
CloroCl0.15Equilíbrio hídrico, ácido clorídrico gástrico (HCl)Macronutriente
MagnésioMg0.05Co-fator enzimático, estabilização do ATP e das membranasMacronutriente
FerroFe0.006Hemoglobina, mioglobina, transporte de elétrons (citocromos)Oligoelemento essencial
ZincoZn0.003Co-fator enzimático, sistema imunológico, síntese proteicaOligoelemento essencial
CobreCu0.0001Enzimas redox, transporte de ferro, produção de energiaOligoelemento
IodoI0.00002Hormônios tireoidianos (T3, T4)Oligoelemento
SelênioSetraçosAntioxidantes (glutatião peroxidase), imunidadeOligoelemento
Cromo, Manganês, Molibdênio, CobaltoCr, Mn, Mo, CotraçosVários papéis catalíticos (enzimas)Elementos traço

Fontes: Nelson & Cox (Lehninger, 2021), EFSA (2023), ANSES (2022), NIH Dietary Supplements (2023), CRC Handbook.

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