6º Tema - Obtenção de energia
Todas as células necessitam de energia para a realização das suas actividades. Os compostos orgânicos são degradados de forma a libertarem energia, formando ATP. Uma parte desses compostos orgânicos é utilizada pelas células dos seres heterotróficos, incapazes de produzir o seu próprio alimento.
As céulas de todos os seres vivos realizam um conjunto de reacções químicas de modo a sobreviverem. Ao conjunto dessas reacções dá-se o nome de metabolismo celular.
O metabolismo pode dividir-se em dois tipos:
- catabolismo - os compostos orgânicos são degradados em moléculas mais simples, ocorrendo libertação de energia.
- anabolismo - ocorre a formação de moléculas mais complexas a partir de moléculas mais simples, ocorrendo consumo de energia.
Os seres vivos utilizam reacções catabólicas para retirar energia dos compostos orgânicos. Destas reacções, as mais importantes são a fermentação e a respiração aeróbia.
Fermentação
A fermentação é um processo simples e, em termos evolutivos, primitivo de obtenção de energia; ocorre no hialoplasma das células, compreendendo duas etapas:
- glicólise - conjunto de reacções que degradam a glicose até ácido pirúvico ou piruvato;
- redução do piruvato - conjunto de reacções que conduzem à formação dos produtos da fermentação
Glicólise
No final da glicólise, resultam:
- duas moléculas de NADH;
- duas moléculas de ácido pirúvico;
- duas moléculas de ATP
Redução do piruvato
A redução do piruvato, em condições de anaerobiose, faz-se pela acção do NADH, formado durante a glicólise, e pode conduzir à formação de diferentes produtos. Existem vários tipos de fermentação, cujas designações indicam o produto final. Vários exemplos são: a fermentação alcoólica, a fermentação láctica, a fermentação acética e a fermentação butírica.
Fermentação alcoólica
A fermentação tem um rendimento de 2 ATP.
Respiração Aeróbia
Este processo só é possível em condições de aerobiose. As mitocôndrias, nas quais se realiza este processo, têm a capacidade de realizar a oxidação completa do ácido pirúvico obtido na glicólise, originando compostos muito simples (água e dióxido de carbono).
As células dos tecidos vivos, ao realizarem respiração aeróbia, consomem oxigénio e libertam dióxido de carbono. Esta troca de gases resulta do processo catabólico que conduz à oxidação dos compostos orgânicos, com vista à obtenção de energia.
Pode-se considerar a existência de quatro etapas na respiração aeróbia.
1ª Etapa - Glicólise
Esta é uma etapa comum à fermentação e à respiração aeróbia. Ocorre no hialoplasma e conduz à formação de duas moléculas de ATP, duas moléculas de NADH + H+ e duas moléculas de ácido pirúvico,
2ª Etapa - Formação de acetil-coenzima A
Na presença de oxigénio, o ácido pirúvico entra na mitocôndria, onde é descarboxilado (perde uma molécula de CO2) e oxidado (perde um hidrogénio, que é usado para reduzir o NAD+, formando NADH + H+).
3ª Etapa - Ciclo de Krebs
É um conjunto de reacções metabólicas que conduz à oxidação completa da glicose. Este conjunto de reacções ocorre na matriz da mitocôndria e é catalizado por um conjunto de enzimas.
Cada molécula de glicose conduz à formação de duas moléculas de ácido pirúvico, as quais originam duas moléculas de acetil-CoA, que iniciam dois ciclos de Krebs. Devido à combinação do grupo acetil (2 C) da CoA com o ácido oxaloacético (4 C), forma-se ácido cítrico (6 C).
Assim, por cada molécula de glicose degradada, formam-se no ciclo de Krebs:
- seis moléculas de NADH;
- duas moléculas de FADH2 (que têm um papel semelhante ao NADH);
- duas moléculas de ATP;
- quatro moléculas de CO2
4ª Etapa - Cadeia transportadora de electrões e fosforilação oxidativa
As moléculas de NADH e FADH2, formadas durante as etapas anteriores da respiração, percorrem uma série de proteínas até serem captados por um aceptor final - o oxigénio. Os electrões transportados por estas duas moléculas, são cedidos aos aceptores, iniciando um fluxo, ao longo do qual estas moléculas vão sendo sucessivamente reduzidas e oxidadas. Este fluxo é unidireccional até ao aceptor final - o oxigénio.
O oxigénio, depois de receber os electrões, capta os protões (H+) presentes na matriz da mitocôndria, formando-se água (H2O).
À medida que os electrões vão passando de transportador para transportador, liberta-se energia. Essa energia é utilizada para fosforilar o ADP, formando ATP. Este processo tem o nome de fosforilação oxidativa.