Como metabolizar glicose para produzir ATP

Contente

• O que é glicose?
• O que é o ATP?
• Respiração celular
• Glicólise precoce
• Glicólise posterior
• O Ciclo de Krebs
• A cadeia de transporte de elétrons

A glicose, um açúcar com seis carbonos, é a "entrada" fundamental na equação que alimenta toda a vida. A energia externa é, de certa forma, convertida em energia para a célula. Todo organismo vivo, do seu melhor amigo à bactéria mais humilde, tem células que queimam glicose como combustível no nível metabólico da raiz.

Os organismos diferem na medida em que suas células podem extrair energia da glicose. Em todas as células, essa energia está na forma de trifosfato de adenosina (ATP).

Portanto, uma coisa todas as células vivas têm em comum é que elas metabolizam glicose para produzir ATP. Uma dada molécula de glicose que entra na célula poderia ter começado como um jantar de bife, como a presa de um animal selvagem, como matéria vegetal ou como outra coisa.

Independentemente disso, vários processos digestivos e bioquímicos decompuseram todas as moléculas de múltiplos carbonos em quaisquer substâncias que o organismo ingere para alimentar o açúcar monossacarídeo que entra nas vias metabólicas celulares.

O que é glicose?

Quimicamente, a glicose é um hexose açúcar, hex sendo o prefixo grego para "seis", o número de átomos de carbono na glicose. Sua fórmula molecular é C₆H₁₂O₆, dando-lhe um peso molecular de 180 gramas por mole.

A glicose também é uma monossacarídeo em que é um açúcar que inclui apenas uma unidade fundamental, ou monômero. Frutose é outro exemplo de monossacarídeo, enquanto sacaroseou açúcar de mesa (frutose mais glicose), lactose (glicose mais galactose) e maltose (glicose mais glicose) são dissacarídeos.

Observe que a proporção de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio na glicose é de 1: 2: 1. Todos os carboidratos, de fato, mostram essa mesma proporção, e suas fórmulas moleculares são todas da forma C_nH_2nO_n.

O que é o ATP?

ATP é um nucleosídeo, neste caso, adenosina, com três grupos fosfato ligados a ela. Isso realmente torna um nucleotídeo, como um nucleosídeo é um pentose açúcar (seja ribose ou desoxirribose) combinado com uma base nitrogenada (ou seja, adenina, citosina, guanina, timina ou uracil), enquanto um nucleotídeo é um nucleosídeo com um ou mais grupos fosfato conectados. Mas terminologia à parte, o importante a saber sobre o ATP é que ele contém adenina, ribose e uma cadeia de três grupos fosfato (P).

O ATP é feito através do fosforilação difosfato de adenosina (ADP) e, inversamente, quando a ligação terminal de fosfato no ATP é hidrolisado, ADP e P_Eu (fosfato inorgânico) são os produtos. O ATP é considerado a "moeda energética" das células, pois essa molécula extraordinária é usada para alimentar quase todos os processos metabólicos.

Respiração celular

Respiração celular é o conjunto de vias metabólicas em organismos eucarióticos que converte glicose em ATP e dióxido de carbono na presença de oxigênio, liberando água e produzindo uma riqueza de ATP (36 a 38 moléculas por molécula de glicose investida) no processo.

A fórmula química balanceada para a reação líquida geral, excluindo transportadores de elétrons e moléculas de energia, é:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

A respiração celular na verdade inclui três vias distintas e seqüenciais:

Os dois últimos estágios são dependentes de oxigênio e juntos compõem respiração aeróbica. Muitas vezes, no entanto, nas discussões sobre o metabolismo eucariótico, a glicólise, embora não dependa de oxigênio, é considerada parte da "respiração aeróbica" porque quase todo o seu principal produto, piruvato, continua a entrar nos outros dois caminhos.

Glicólise precoce

Na glicólise, a glicose é convertida em uma série de 10 reações na molécula piruvato, com uma ganho líquido de duas moléculas de ATP e duas moléculas do "transportador de elétrons" Nicotinamida adenina dinucleótido (NADH). Para cada molécula de glicose que entra no processo, são produzidas duas moléculas de piruvato, uma vez que o piruvato possui três átomos de carbono para atingir as glicoses seis.

No primeiro passo, a glicose é fosforilada para se tornar glicose-6-fosfato (G6P). Isso compromete a glicose a ser metabolizada, em vez de retornar à membrana celular, porque o grupo fosfato fornece uma carga negativa ao G6P. Nos próximos passos, a molécula é reorganizada em um derivado de açúcar diferente e depois fosforilada uma segunda vez para se tornar 1,6-bifosfato de frutose.

Essas etapas iniciais da glicólise requerem um investimento de dois ATP, porque essa é a fonte dos grupos fosfato nas reações de fosforilação.

Glicólise posterior

A frutose-1,6-bifosfato se divide em duas moléculas diferentes de três carbonos, cada uma contendo seu próprio grupo fosfato; quase todos um deles, é rapidamente convertido no outro, gliceraldeído-3-fosfato (G3P). Assim, a partir deste ponto, tudo é duplicado, porque existem dois G3P para cada glicose "a montante".

A partir deste ponto, o G3P ​​é fosforilado em uma etapa que também produz NADH a partir da forma oxidada NAD + e, em seguida, os dois grupos fosfato são entregues às moléculas de ADP nas etapas de rearranjo subsequentes para produzir duas moléculas de ATP juntamente com o produto final de carbono da glicólise, piruvato.

Como isso acontece duas vezes por molécula de glicose, a segunda metade da glicólise produz quatro ATP por um internet ganho da glicólise de dois ATP (já que dois foram necessários no início do processo) e dois NADH.

O Ciclo de Krebs

No reação preparatória, depois que o piruvato gerado na glicólise encontra o caminho do citoplasma para a matriz mitocondrial, ele é convertido primeiro em acetato (CH₃COOH-) e CO₂ (um produto residual neste cenário) e depois para um composto chamado coenzima A de acetilou acetil CoA. Nesta reação, um NADH é gerado. Isso prepara o cenário para o ciclo de Krebs.

Essa série de oito reações é assim denominada porque um dos reagentes na primeira etapa, oxaloacetato, também é o produto na última etapa. O trabalho do ciclo de Krebs é o de um fornecedor e não de um fabricante: gera apenas dois ATP por molécula de glicose, mas contribui com mais seis NADH e dois de FADH₂, outro portador de elétrons e um parente próximo de NADH.

(Observe que isso significa um ATP, três NADH e um FADH₂ por volta do ciclo. Para cada glicose que entra na glicólise, duas moléculas de acetil CoA entram no ciclo de Krebs.)

A cadeia de transporte de elétrons

Em uma base por glicose, a contagem de energia até este ponto é quatro ATP (dois da glicólise e dois do ciclo de Krebs), 10 NADH (dois da glicólise, dois da reação preparatória e seis do ciclo de Krebs) e dois da FADH₂ do ciclo de Krebs. Enquanto os compostos de carbono no ciclo de Krebs continuam girando a montante, os portadores de elétrons se movem da matriz mitocondrial para a membrana mitocondrial.

Quando NADH e FADH₂ liberam seus elétrons, são usados ​​para criar um gradiente eletroquímico através da membrana mitocondrial. Esse gradiente é usado para alimentar a ligação de grupos fosfato ao ADP para criar ATP em um processo chamado fosforilação oxidativa, assim nomeado porque o aceitador final dos elétrons em cascata do portador de elétrons para o portador de elétrons na cadeia é o oxigênio (O₂).

Porque cada NADH produz três ATP e cada FADH₂ produz dois ATP na fosforilação oxidativa, isso adiciona (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP à mistura. portanto uma molécula de glicose pode produzir até 38 ATP em organismos eucarióticos.