Metabolismo Energético - Respiração Celular
Todas as células para realizarem sua função necessitam de energia, que, na célula, é representada por adenosina trifosfato (ATP). Para obter essa energia, as células realizam uma série de reações exergônicas, conhecidas genericamente como metabolismo energético. Os principais tipos de metabolismo são: respiração celular, fermentação, quimiossíntese e respiração anaeróbia.
A respiração celular é o mais comum dos processos de metabolismo energético, realizado por praticamente todas as células, é a respiração celular. Esse processo ocorre em três etapas, sendo que, em eucariotos parte ocorre no citoplasma e parte nas mitocôndrias, enquanto em procariotos ocorre totalmente no citoplasma.
Glicólise
É a primeira etapa, ocorrendo no citoplasma celular. Em seu início ocorre fosforilação (ativação) da glicose, com gasto de 2 ATPs. Após toda a sequência de reações metabólicas, ocorre produção de duas moléculas de piruvato, duas moléculas de NADH e 4 ATPs, ou seja, um saldo de 2 ATPs. Várias etapas dessa via são controladas, com destaque para a enzima fosfofrutoquinase, que é regulada negativamente por ATP e ácido cítrico e positivamente por AMP.
Ciclo de Krebs (Ciclo do ácido cítrico)
As moléculas de piruvato formadas na glicólise inicialmente combinam-se com a coenzima A (CoA), liberando CO2, produzindo uma molécula de NADH2 e formando acetil-coenzima A. A acetil-CoA entra na mitocôndria e vai até a matriz, onde combina-se com ácido oxaloacético, formando ácido cítrico e liberando novamente a coenzima A. O ácido cítrico sofre uma série de reações, resultando na liberação de 2 moléculas de CO2 e na produção de 1FADH2, 3NADH e ácido oxaloacético, que irá se combinar novamente com a acetil-CoA para outro ciclo.
Como ocorrem dois ciclos por glicose (um por cada molécula de piruvato formada na glicólise), haverá no fim liberação de 2 moléculas de CO2 e de 2NADH na produção de acetil-CoA e liberação de 4CO2, 2FADH2 e 6NADH durante o ciclo.
Cadeia respiratória
A cadeia respiratória ou fosforilação oxidativa é o último passo da respiração celular, ocorrendo unicamente na presença de oxigênio. É onde ocorre a maior produção de ATP para a célula.
As moléculas de NADH e FADH2, geradas na via glicolítica e ciclo de Krebs, tem a função de transporat prótons e elétrons até as cristas mitocondriais, local da cadeia respiratória. Os prótons são bombeados para o espaço intermembranar, gerando um gradiente de concentração, enquanto os elétrons são transferidos por uma série de complexos proteicos ricos em íons metálicos até retornarem à matriz, onde serão recebidos pelo oxigênio (O2). Ao final, uma enzima chamada de ATPsintase usa a energia liberada pelos prótons quando estes retornam ao citoplasma para produzir ATP.
Note que:
- O NADH entrega elétrons para o complexo I, o que faz com que ele bombeie mais protóns, isto é, seja mais energético que o FADH2, que entrega elétrons para o complexo II;
- Há uma grande concentração de prótons (H+) no espaço intermembranar, o que o torna ácido;
- O gás oxigênio combina-se com prótons vindos da ATPsintase e elétrons vindos da cadeia respiratória para formar água. Por isso ele é chamado de aceptor final de hidrogênio.
Para cada molécula de NADH são produzidos 3ATPs e para cada molécula de FADH2 são gerados 2ATPs. Assim, o saldo total é de 30 ATPs vindos de NADH (6 da glicólise, 6 da produção de acetil-CoA e 18 do ciclo de Krebs) e mais 6 ATPs vindos de FADH2 (do ciclo de Krebs). No total, temos, pois, a produção de 38 moléculas de ATP (2 da glicólise, 2 do ciclo de Krebs e 34 da cadeia respiratória) por molécula de glicose metabolizada.
Existem certas moléculas que impedem a produção de ATP por parte da ATPsintase, mas sem que haja interrupção no transporte de elétrons. Estas moléculas são chamadas de desacopladores. Alguns deles são utilizados como pesticidas e herbicidas, a exemplo do 2,4-dinitrofenol, já que impedem a produção de energia; já outros, como a proteína UCP-1 (termogenina), atuam na homeostase do corpo, nesse caso, para a produção de calor no tecido adiposo.
Outra classe de moléculas são os inibidores da cadeia transportadora, que interrompem a produção de ATP por impedir o fluxo de elétrons entre os complexos proteicos da cadeia. Entre eles podemos citar alguns inseticidas, o malonato, a antimicina A (um antibiótico), o cianeto e o monóxido de carbono.
Nos procariotos, que não possuem mitocôndrias, as fases de glicólise e ciclo de Krebs ocorrem inteiramente no citoplasma, enquanto a cadeia respiratória ocorre na membrana plasmática, com liberação de prótons para o meio extracelular.
Aula elaborada por Igor Bersanetti Gabilondo