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Todos os organismos fazem uso de uma molécula chamada glicose e um processo chamado glicolise satisfazer algumas ou todas as suas necessidades energéticas. Para organismos procarióticos unicelulares, como bactérias, este é o único processo disponível para gerar ATP (trifosfato de adenosina, a "moeda energética" das células).
Organismos eucarióticos (animais, plantas e fungos) têm máquinas celulares mais sofisticadas e podem obter muito mais de uma molécula de glicose - na verdade, quinze vezes mais ATP. Isso ocorre porque essas células empregam respiração celular, que na sua totalidade é glicólise mais respiração aeróbica.
Uma reação envolvendo descarboxilação oxidativa na respiração celular chamada de reação de ponte serve como um centro de processamento entre as reações estritamente anaeróbicas da glicólise e as duas etapas da respiração aeróbica que ocorrem nas mitocôndrias. Esse estágio da ponte, mais formalmente chamado de oxidação do piruvato, é, portanto, essencial.
Aproximando-se da ponte: glicólise
Na glicólise, uma série de dez reações no citoplasma celular converte a glicose da molécula de açúcar com seis carbonos em duas moléculas de piruvato, um composto de três carbonos, enquanto produz um total de duas moléculas de ATP. Na primeira parte da glicólise, chamada de fase de investimento, são necessários dois ATP para mover as reações, enquanto na segunda parte, a fase de retorno, isso é mais do que compensado pela síntese de quatro moléculas de ATP.
Fase de investimento: A glicose tem um grupo fosfato ligado e depois é reorganizada em uma molécula de frutose. Essa molécula, por sua vez, possui um grupo fosfato adicionado, e o resultado é uma molécula de frutose duplamente fosforilada. Essa molécula é então dividida e se torna duas moléculas idênticas de três carbonos, cada uma com seu próprio grupo fosfato.
Fase de retorno: Cada uma das duas moléculas de três carbonos tem o mesmo destino: tem outro grupo fosfato ligado e cada uma delas é usada para produzir ATP a partir do ADP (adenosina difosfato) enquanto é rearranjada em uma molécula de piruvato. Essa fase também gera uma molécula de NADH a partir de uma molécula de NAD+.
O rendimento energético líquido é, portanto, 2 ATP por glicose.
A reação da ponte
A reação da ponte, também chamada de reação de transição, consiste em duas etapas. O primeiro é o descarboxilação de piruvato, e o segundo é a ligação do que resta de uma molécula chamada coenzima A.
O fim da molécula de piruvato é um carbono com ligação dupla a um átomo de oxigênio e ligação simples com um grupo hidroxil (-OH). Na prática, o átomo H no grupo hidroxila é dissociado do átomo O, de modo que essa porção de piruvato pode ser vista como tendo um átomo C e dois átomos O. Na descarboxilação, isso é removido como CO2ou dióxido de carbono.
Em seguida, o remanescente da molécula de piruvato, chamado grupo acetil e com a fórmula CH3C (= O) se junta à coenzima A no local anteriormente ocupado pelo grupo carboxila do piruvato. No processo, o NAD+ é reduzido a NADH. Por molécula de glicose, a reação da ponte é:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Depois da Ponte: Respiração Aeróbica
Ciclo de Krebs: A localização do ciclo de Krebs está na matriz mitocondrial (o material dentro das membranas). Aqui, o acetil CoA se combina com uma molécula de quatro carbonos chamada oxaloacetato para criar uma molécula de seis carbonos, citrato. Essa molécula é reduzida ao oxaloacetato em uma série de etapas, iniciando o ciclo novamente.
O resultado é 2 ATP junto com 8 NADH e 2 FADH2 (portadores de elétrons) para o próximo passo.
Cadeia de transporte de elétrons: Essas reações ocorrem ao longo da membrana mitocondrial interna, na qual estão incorporados quatro grupos especializados de coenzimas, denominados Complex I a IV. Eles usam a energia nos elétrons do NADH e do FADH2 para conduzir a síntese do ATP, sendo o oxigênio o aceitador final de elétrons.
O resultado é de 32 a 34 ATP, colocando o rendimento total de energia da respiração celular em 36 a 38 ATP por molécula de glicose.