Assim como a locomotiva a vapor e os atuais
motores a combustão usados nos automóveis, os seres vivos também obtêm energia
por meio da “queima” de compostos de carbono. Entretanto, em termos de
rendimento energético, a “máquina” biológica é insuperável (mais de 40% de
aproveitamento da energia liberada na combustão enquanto os melhores motores
aproveitam NO MÁXIMO 25%).
Conhecer os processos biológicos de obtenção de
energia é de fundamental importância para entender o metabolismo.
As células necessitam de um suprimento constante
de energia para manter sua organização e funcionamento. Essa energia é obtida
pela degradação de moléculas orgânicas do alimento. Entretanto, a energia liberada
nessa degradação não pode ser utilizada diretamente nas atividades celulares;
ela precisa antes ser transferida para moléculas de uma substância armazenadora
de energia, o trifosfato de adenosina,
mais conhecido pela sigla ATP.
O ATP é um armazenador temporário de energia na
célula e atua como “moeda energética”. Todos os seres vivos utilizam moléculas
de ATP em suas células.
O ATP é uma molécula formada por uma base
nitrogenada, a adenina, por um glicídio, a ribose, e por três fosfatos. As ligações
químicas entre os fosfatos são ligações de alta energia. Quando elas são
quebradas, sua energia pode ser transferida a diversos processos químicos
intracelulares.
A manutenção da atividade vital demanda grande
quantidade de ATP. O estoque dessa substância em uma única célula é da ordem de
um bilhão de moléculas, utilizadas e repostas a cada dois ou três minutos,
ininterruptamente.
No processo de
degradação de moléculas orgânicas do alimento, parte da energia liberada é
utilizada para sintetizar ATP, a partir de ADP e Pi (fosfato inorgânico), e o
restante é perdido na forma de calor. Quando uma atividade celular necessita de
energia, o ATP é degradado a ADP e Pi, e a energia liberada nessa reação é
utilizada para suprir a demanda energética da célula.
Respiração
celular
A maioria dos seres vivos atuais obtém energia por
meio da respiração celular, também chamada de aeróbica por utilizar oxigênio atmosférico. Nesse processo, que
ocorre no interior das mitocôndrias das células eucarióticas, substâncias
nutrientes reagem com o gás oxigênio, liberando energia. Parte dessa energia é
armazenada em moléculas de ATP.
Quando uma molécula de glicose reage com 6
moléculas de gás oxigênio, formam-se 6 moléculas de gás carbônico e 6 moléculas
de água. A energia liberada nesse processo é suficiente para a fabricação de
cerca de 38 moléculas de ATP.
A respiração celular compõem-se de três etapas: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.
- GLICÓLISE – o termo significa quebra da glicose.
Essa etapa inicial ocorre no liquido
citoplasmático celular e cada molécula de glicose é quebrada em duas moléculas
de ácido pirúvico.
No início da glicólise, a célula gasta energia,
que é “investida” para ativar a glicose. Para cada molécula de glicose que
entra no processo, a célula investe duas moléculas de ATP. Esse investimento,
no entanto, é “pago com juros”, pois a energia liberada na glicólise é
suficiente para a fabricação de 4 moléculas de ATP, além de serem liberados
elétrons energizados e íons H+. Os elétrons e os íons são capturados
por moléculas de uma substância conhecida como NAD (sigla do inglês Nicotinamide Adenine Dinucleotide) e levados
às mitocôndrias, nas quais participam dos processos de fabricação de mais ATP.
A glicólise libera apenas parte da energia
disponível na molécula de glicose; o restante continua armazenado nas moléculas
de ácido pirúvico e será liberado no ciclo de Krebs, que ocorre no interior das
mitocôndrias.
- CICLO DE KREBS – também chamado de ciclo do ácido cítrico.
O ácido pirúvico produzido na glicólise origina
uma molécula de gás carbônico e uma de acetil, a qual dará início ao ciclo de
Krebs.
O ciclo se compõe de oito reações seqüenciais, em
que a acetil é completamente degradada. Os produtos finais do ciclo de Krebs
são duas moléculas de gás carbônico, elétrons energizados e íons H+.
Estes dois últimos serão usados para produzir ATP na cadeia respiratória.
- CADEIA RESPIRATÓRIA – também chamada de cadeia transportadora de elétrons.
Na cadeia respiratória, os elétrons energizados,
provenientes das outras etapas, passam por proteínas que ficam enfileiradas na
membrana interna da mitocôndria, em uma sequência definida, liberando
gradativamente seu “excesso” de energia. Essa energia é usada para forçar a
passagem dos íons H+ para o espaço entre as duas membranas
mitocondriais.
Os íons acumulados a força no espaço entre
membranas tendem a se difundir de volta para a matriz da mitocôndria, mas só
pode fazê-lo passando através de um conjunto de proteínas situado na membrana
interna, chamado ATP sintetase. Essa
proteína pode ser comparada à turbina de uma usina hidrelétrica: ao ser
“movimentada” pela passagem de íons, ela produz energia para fosforilar
moléculas de ADP, isto é, para anexar um fosfato ao ADP, transformando-o em ATP. Esse conjunto de
reações é chamado de fosforilação
oxidativa.
De volta ao interior da mitocôndria, os íons H+
combinam-se com os elétrons transportados pela cadeia respiratória e com átomos
provenientes do gás oxigênio (atmosférico), formando água.
Visão geral da respiração: localização das etapas.
A glicólise ocorre no citosol, o ciclo de Krebs na matriz mitocondrial e a
cadeia respiratória na membrana interna mitocondrial.
