O conjunto de reacções que ocorrem no interior das células de qualquer ser vivo constitui o metabolismo celular. O metabolismo compreende dois tipos de reacções:
- Anabolismo – conjunto de reacções químicas onde há síntese de moléculas complexas a partir de moléculas mais simples, com consumo de energia. Exemplo deste processo é a síntese de proteínas a partir de aminoácidos com consumo de moléculas de ATP.
- Catabolismo – conjunto de reacções químicas onde há a degradação de moléculas em moléculas sucessivamente mais simples. Como exemplos de catabolismo refiram-se os processos de obtenção de energia (ATP) pelas células. Através destes processos, a energia acumulada em moléculas orgânicas, como, por exemplo, a glicose, é utilizada na síntese de moléculas de ATP. Estes compostos orgânicos são lentamente degradados ao longo de uma série de reacções em cadeia, ocorrendo por etapas e libertação da energia neles acumulada.
Utilização do ATP pelas células
- Transporte ativo;
- Produção de calor;
- Reações anabólicas;
- Movimentos celulares;
- Trabalho mecânico.
O ATP é produzido pela degradação de compostos orgânicos energéticos como, por exemplo, a glicose ( C6H1206 ).
A degradação de compostos orgânicos envolve reações químicas típicas, controladas por enzimas:
- Desidrogenação e reações de oxidação-redução em que intervêm transportadores de H+ e eletrões : o NAD+ e o FAD;
- Descarboxilação- remoção do carbono na forma de C02
Vias catabólicas para produção de ATP pelas células
Glicose (C6H1206 )
- Degradação incompleta ( Fermentação ), em que o aceitador final dos eletrões é um composto orgânico, resultante da glicose .
- Degradação completa ( Respiração anaeróbia e aeróbia ), da glicose, em que o aceitador final dos eletrões é um composto inorgânico vindo do exterior ( oxigénio ou outro ) .
Produção do ATP por Fermentação:
- Fermentação realizada pelas leveduras e produção de vinho.
- Durante a fermentação, as leveduras produzem ATP, calor, dióxido de carbono e álcool etílico.
- Fermentação realizada pelas leveduras e produção de pão.
- Durante a fermentação, as leveduras produzem ATP, calor, dióxido de carbono e álcool etílico.
A Fermentação ocorre no hialoplasma das células em duas etapas :
- Glicólise;
- Redução do ácido pirúvico ( Piruvato ) e obtenção do produto final.
A fermentação é um processo simples e primitivo em termos de obtenção de energia:
- Glicólise – conjunto de reacções que degradam a glicose até ácido pirúvico ou piruvato.
No final da glicólise resultam:
o Duas moléculas de NADH;
o Duas moléculas de ácido pirúvico;
o Duas moléculas de ATP (formam-se quatro, mas duas são gastas na activação da glicólise).
- Redução do Piruvato – conjunto de reacções que conduzem à formação dos produtos da fermentação.
Fermentação alcoólica
- O ácido pirúvico é descarboxilado, formando-se aldeído acético, que é posteriormente reduzido (pelo NADH), originando etanol, rico em energia potencial.
- Formam-se dois compostos finais – duas moléculas de dióxido de carbono, resultantes da descarboxilação do ácido pirúvico e duas moléculas de etanol, que possuem, cada uma, dois átomos de carbono.
Fermentação lática
- O ácido pirúvico é reduzido (pelo NADH), formando ácido láctico, rico em energia potencial.
- O único composto final é o ácido láctico, que possui três átomos de carbono.
Respiração Aeróbia
A respiração aeróbia é uma via metabólica realizada com consumo de oxigénio que permite a degradação total da molécula de glicose com um rendimento energético muito superior ao da fermentação.
A respiração aeróbia compreende quatro etapas:
- Glicólise – etapa comum à fermentação que ocorre no citoplasma com formação de duas moléculas de ácido pirúvico, duas moléculas de ATP e duas moléculas de NADH.
- Formação de acetil-coenzima A – na presença de oxigénio, o ácido pirúvico entra na mitocôndria, onde é descarboxilado (perde uma molécula de C02 ) e oxidado (perde um hidrogénio, que é usado para o reduzir o NAD+ , formando NADH).
- Ciclo de Krebs – conjunto de reacções metabólicas que conduz à oxidação completa da glicose. Este conjunto de reacções ocorre na matriz da mitocôndria e é catalisado 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 (2C) da CoA com o ácido oxaloacético (4C), forma-se ácido cítrico. Assim, por cada molécula de glicose degradada, formam-se no ciclo de Krebs:
o Seis moléculas de NADH;
o Duas moléculas de FADH2 (que tem um papel semelhante ao NADH);
o Duas moléculas de ATP;
o Quatro moléculas de C02 .
- Cadeia Transportadora de Electrões – esta etapa ocorre na membrana interna da mitocôndria, onde se encontram transportadores proteicos com diferentes graus de afinidade para os electrões provenientes das etapas anteriores. Ao longo da cadeia ocorre libertação gradual de energia, à medida que os electrões passam de um transportador para outro. Esta energia libertada vai ser utilizada na síntese de moléculas de ATP, dissipando-se alguma sob a forma de calor. No final da cadeia transportadora, os electrões são transferidos para um aceptor final – o oxigénio, formando-se uma molécula de água por cada dois protões (H+) captados.
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