Como e produzido ATP a partir de carboidratos?

A respiração aeróbia é o processo pelo qual a célula degrada compostos orgânicos (carboidratos) para obtenção de energia metabólica armazenada na molécula de Adenosina Trifosfato - ATP, com produção de compostos inorgânicos dióxido de carbono (CO2) e água (H2O).

Equação geral da respiração aeróbia:

C6H12O6 (glicose) + 6O2 ↔ 6CO2 + 6H2O + 38 ATP (energia)

Essa forma de processar quimicamente a molécula de glicose, para a síntese de ATP, é utilizada principalmente por animais e vegetais, além de algumas bactérias, fungos e protozoários.

Mesmo sendo uma reação contínua, a respiração aeróbia é didaticamente subdividida em três etapas associadas: a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória, existindo diferenças entre os organismos procariontes e eucariontes.

Como as células procarióticas são desprovidas de mitocôndrias (organela citoplasmática), tanto a glicólise quanto o ciclo de Krebs ocorrem no hialoplasma da célula, enquanto a cadeia respiratória acontece próximo à face interna da membrana plasmática (mesossomo).

Nas células eucarióticas, a glicólise também acontece no hialoplasma, contudo por se tratar de uma célula provida de mitocôndria, as etapas referentes ao ciclo de Krebs e a cadeia respiratória ocorrem necessariamente no interior dessa organela.

Nesse mecanismo são produzidos ATD de forma direta, no entanto, são formadas moléculas (FAD e NAD) receptoras de prótons H+, sendo cada molécula de FADH2 e NADH responsáveis pela reconstituição respectiva de 2 e 3 moléculas de ATP.

O saldo energético por etapa da respiração:

- Glicólise

São utilizadas 2 moléculas de ATP para ativar o catabolismo da molécula de glicose, porém são formadas 2 moléculas de NADH, 4 ATP e 2 moléculas de piruvato.

Portanto, o saldo energético somente da cadeia respiratória é de:

4 ATP + 2 NADH – 2 ATP →

2 ATP + 2 NADH

- Ciclo de Krebs

A partir dessa etapa todo o resultado deve ser dobrado (duplicado), essa consideração é conseqüente do ciclo de Krebs envolvendo cada molécula de piruvato.
Assim, são formadas 4 moléculas de NADH, 1 de FADH2 e 1 de ATP em cada ciclo.

2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) →

8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP

- Cadeia respiratória

Etapa de conversão das moléculas de NADH e FADH2 em moléculas de ATP, quando os prótons H+ por difusão são forçados a passar pela proteína sistetase ATP (enzima transmembranar) restituindo ADP em ATP.

2 NADH da glicólise → 6 ATP
8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP

34 ATP
2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP

Balanço Energético da Respiração Aeróbia

Glicólise = 2 ATP
Ciclo de Krebs = 2ATP
Cadeia respiratória = 34 ATP

Total energético da respiração celular aeróbia = 38 ATP

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ATP é uma sigla utilizada para denominar a adenosina trifosfato. Essa molécula é encontrada em todos os seres vivos e constitui a principal forma de energia química, uma vez que sua hidrólise é altamente exergônica (libera energia livre). É graças a ela que diversos processos celulares ocorrem e a homeostase celular é mantida.

→ Estrutura da molécula de ATP

Uma molécula de ATP consiste em:

• Uma base nitrogenada adenina;

• Uma ribose (carboidrato);

• Três grupos fosfato.

A base nitrogenada une-se à ribose e forma a adenosina, a qual se liga a uma sequência de três grupos fosfato. Quando a adenosina está ligada a um grupo fosfato, é formada apenas a adenosina monofosfato (AMP). De outra forma, quando essa base liga-se a dois grupamentos fosfato, ocorre, então, a formação da adenosina difosfato (ADP).

→ Hidrólise e a formação de ATP

De uma maneira simplificada, a hidrólise pode ser definida como uma reação em que ocorre a quebra de uma molécula em presença de água. Na hidrólise de ATP, observa-se ao final do processo a produção de energia livre, que vai ser constantemente utilizada pela célula. Além disso, também se verifica a formação de uma molécula de ADP e de um íon fosfato inorgânico. Essa reação pode ser assim representada:

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ATP + H2O → ADP + Pi + energia livre

Vale salientar que uma reação inversa a essa pode acontecer, assim, a ADP e o Pi são usados para formar novas moléculas de ATP. Nesse caso, não se observa uma reação exergônica, mas se trata de uma reação endergônica,com a utilização de energia livre. Podemos representar essa reação da seguinte forma:

ADP + Pi + energia livre → ATP + H2O

A molécula de ATP é formada e também utilizada muito rapidamente pelas células. Uma única célula viva necessita de milhões de moléculas de ATP, a cada segundo, para manter suas atividades. Estima-se que uma molécula de ATP é usada cerca de um segundo após a sua síntese.

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