PROCESSOS E MOLECULAS ESPECIFICAS

 

 

PROCESSOS E MOLECULAS ESPECIFICAS

Oxidacao: ocorre a saida de um atomo H;

Reducao: envolve o ganho de um atomo H.

 

RESPIRACAO CELULAR

                   Processo de quebra de moleculas organicas, principalmente a glicose, na presenca de gas oxigenio (O2), com liberacao de energia para a producao de ATP (aerobio).

C6H12O6 + 6O2 „³ 6CO2 + 6H2O + Energia (ATP)

                   A respiracao celular aerobia ocorre em tres etapas dentro do citoplasma:

Glicolise: No citoplasma;

Ciclo de Krebs: Na matriz mitocondrial;

Cadeia Respiratoria: Nas cristas mitocondriais.

 

FERMENTAÇÃO

A fermentação é um processo químico, com a ausência de gás Oxigênio, que consiste na síntese de ATP (trifosfato de adenosina) sem o envolvimento da cadeia respiratória, etapa característica do processo de Respiração celular. No processo aqui tratado, o aceptor final de hidrogênios é um composto orgânico e por este motivo constitui um metabolismo contrastante com a Respiração Celular, em que os elétrons são doados a aceptores de elétrons exógenos, como o oxigênio, em uma cadeia transportadora de elétrons. Dessa forma, trata-se de um mecanismo muito importante na obtenção de energia em condições anaeróbicas, uma vez que nestes casos não há o processo de fosforilação oxidativa para manter a produção de ATP.

As bactérias podem realizar tanto fermentação como respiração aeróbica. Para algumas bactérias anaeróbias o gás oxigênio pode ser letal, restringindo a ocorrência desses organismos a solos profundos e regiões em que o teor de oxigênio é praticamente zero. A esses organismos damos o nome de anaeróbios estritos. Há, no entanto, outros organismos que são considerados anaeróbios facultativos, uma vez que realizam a fermentação na ausência de oxigênio e a respiração aeróbia na presença desse gás, como é o caso de certos fungos (Saccharomyces cerevisiae - levedura) e de muitas bactérias.

Durante o processo da glicólise, a glicose é inicialmente degradada em piruvato,e este por sua vez é metabolizado em diferentes compostos de acordo com o tipo de fermentação. Na fermentação láctica o piruvato é convertido a ácido láctico, enquanto na fermentação alcoólica o mesmo é convertido a etanol com a liberação de CO₂; já no caso da fermentação heterocíclica, o piruvato é convertido a ácido láctico e outros ácidos e alcoóis. Apesar de ser um processo que ocorre na ausência de oxigênio, alguns organismos realizam esse metabolismo mesmo na presença de grandes concentrações de oxigênio, como é o caso da levedura.

O açúcar é o substrato mais comumente utilizado no metabolismo fermentativo. Essa molécula sofre uma degradação parcial a moléculas orgânicas menores fornecendo energia na forma de ATP para a célula. O saldo energético desse processo é de apenas 2 moléculas de ATP por molécula de glicose degradada, um ganho energético inferior ao processo de Respiração Celular. Vale ressaltar que esse ganho energético é totalmente proveniente da glicólise, uma etapa comum a ambos processos do metabolismo energético. Trata-se de um processo utilizado por diversos micro-organismos e  algumas células de mamíferos - como as hemácias, as fibras musculares brancas e as fibras musculares vermelhas sob contração vigorosa. No último caso, quando fibras vermelhas são submetidas a esforço intenso, o oxigênio transportado pelo sangue torna-se insuficiente para promover a oxidação da grande quantidade de NADH resultante do trabalho muscular, expondo a célula a uma situação de anaerobiose relativa.

 

Glicólise

Todos os processos de utilização de glicose (C₆H₁₂O₆) para obtenção de energia iniciam-se com a conversão deste açúcar a duas moléculas de piruvato (C₃H₄O₃), através de enzimas específicas, caracterizando assim a fase denominada glicólise. Essa conversão se dá em dez etapas e utiliza-se de substâncias e moléculas das células, dentre elas ATP (adenosina trifosfato) e átomos de fósforo – para a formação de ATP – e a coenzima NAD⁺ (nicotinamida adenina dinucleotídeo) – como molécula intermediária para a oxidação dos aldeídos formados a partir da quebra da glicose, sendo reduzida a NADH através da incorporação do H⁺ liberado pelo aldeído.

Essa etapa é produtora de energia, isto é, tem como produto, além do piruvato, 2 moléculas de ATP (adenosina trifosfato). As coenzimas NAD⁺, por sua vez, precisam ser regeneradas e, para tanto, é necessário reoxidar as moléculas de NADH ⁺ liberado pelo aldeído.

A equação geral desta fase é representada por:

Glicose + 2NAD⁺ + 2ADP + 2P_i → 2 Piruvato + 2 NADH + 2H⁺ + 2ATP + 2H₂O

A glicólise é comum tanto aos processos aeróbios quanto aos anaeróbios, porém as etapas que se seguem para reoxidar o NADH diferem de acordo com a disponibilidade ou não de oxigênio ⁺ liberado pelo aldeído.

Em condições aeróbias essa reoxidação se dá com a transferência de elétrons da coenzima para o oxigênio, através dos complexos enzimáticos da cadeia de transporte de elétrons, caracterizando a fosforilação oxidativa. Já em condições de anaerobiose, a reoxidação se dá através da transferência dos elétrons para aceptores endógenos, geralmente compostos orgânicos, sendo esse processo chamado de fermentação ⁺ liberado pelo aldeído.

Os diferentes tipos de fermentação (alcoólica, láctica, heterocíclica) não possuem os complexos enzimáticos, sendo coordenados por enzimas específicas a cada tipo e, ao contrário da fosforilação oxidativa, a transferência de elétrons não gera gradientes eletroquímicos e iônicos capazes de gerar ATP, sendo, portanto, um processo não produtivo energeticamente ⁺ liberado pelo aldeído.

 

Cadeia Respiratória

Durante os processos aeróbios de quebra de moléculas de glicose (Glicólise e Ciclo de Krebs) a produção energética é muito reduzida, ficando a energia oriunda dessa quebra armazenada nas coenzimas. A reoxidação das mesmas, através da cadeia de transporte de elétrons, permite a liberação dessa energia e está intimamente relacionada à fosforilação oxidativa, isto é, à produção de ATP ⁺ liberado pelo aldeído.

A membrana interna das mitocôndrias possui quatro complexos enzimáticos com diversos transportadores com potenciais de óxido-redução diferentes, ordenados de maneira crescente quanto a esses potenciais, até chegar ao oxigênio, que possui o maior deles (aceptor final de elétrons) liberado pelo aldeído.

Os átomos de hidrogênio que estão associados ao NADH são transportados através dessa sequência de compostos, transportando também os elétrons através desse complexo, diminuindo assim gradualmente a energia livre armazenada. Os átomos de H⁺ vão sendo lançados para o espaço intermembranoso e isso gera um gradiente de prótons, isto é, concentrações diferentes desses prótons entre a porção interna e externa a essa membrana. Ao mesmo tempo os elétrons vão ficando aprisionados na matriz tornando-a mais negativa em relação a outra porção da membrana – gerando assim um gradiente eletroquímico ⁺ liberado pelo aldeído.

A membrana é impermeável a prótons exceto nos sítios formados pela ATP sintase, e os mesmos só conseguem retornar à matriz mitocondrial através desse poro. A variação da energia livre associada à transferência de elétrons é suficientemente grande para promover a síntese de ATP. Estando essa síntese associada à oxidação das coenzimas e sendo ela própria uma fosforilação, este processo denomina-se fosforilação oxidativa ⁺ liberado pelo aldeído.