15.4: A Cadeia de Transporte de Elétrons

h2>A Cadeia de Transporte de Elétrons: ATP for Life in the Fast Lane

No final do ciclo de Krebs, a energia das ligações químicas da glucose é armazenada em diversas moléculas portadoras de energia: quatro ATPs, mas também duas FADH(_2>) e dez moléculas NADH(_2>). A tarefa principal do último estágio da respiração celular, a cadeia de transporte de elétrons, é transferir energia dos portadores de elétrons para ainda mais moléculas ATP, as “baterias” que funcionam dentro da célula.

Percursos para tornar os ATP no estágio 3 da respiração aeróbica muito parecidos com as cadeias de transporte de elétrons usadas na fotossíntese. Em ambas as cadeias de transporte de elétrons, as moléculas portadoras de energia são organizadas em seqüência dentro de uma membrana, de modo que os elétrons portadores de energia se cascata entre si, perdendo um pouco de energia em cada etapa. Tanto na fotossíntese como na respiração aeróbica, a energia perdida é aproveitada para bombear iões de hidrogénio para um compartimento, criando um gradiente electroquímico ou quimiossimótico através da membrana envolvente. E em ambos os processos, a energia armazenada no gradiente quimiossimótico é utilizada com ATP synthase para construir ATP.

Para a respiração aeróbica, a cadeia de transporte de elétrons ou “cadeia respiratória” é embutida na membrana interna da mitocôndria (ver figura abaixo). As moléculas de FADH e NADH produzidas na glicólise e no ciclo de Krebs, doam elétrons de alta energia às moléculas portadoras de energia dentro da membrana. Ao passar de um portador para outro, a energia que elas perdem é usada para bombear íons de hidrogênio para o espaço intermembrana mitocondrial, criando um gradiente eletroquímico. Os íons hidrogênio fluem “para baixo” o gradiente – do compartimento externo para o compartimento interno – através do canal iônico/enzima ATP sintase, que transfere sua energia para ATP. Note o paradoxo de que é necessária energia para criar e manter um gradiente de concentração de íons hidrogênio que são então usados pela ATP synthase para criar energia armazenada (ATP). Em termos gerais, é necessária energia para produzir energia. Acoplar a cadeia de transporte de electrões à síntese ATP com um gradiente de iões de hidrogénio é a quimiossimose, primeiro descrita pelo Prémio Nobel Peter D. Mitchell. Este processo, o uso de energia para fosforilato ADP e produzir ATP é também conhecido como fosforilação oxidativa.

Após passar pela cadeia de transporte de elétrons, elétrons de baixa energia e íons de hidrogênio de baixa energia combinam-se com oxigênio para formar água. Assim, o papel do oxigênio é conduzir todo o conjunto de reações produtoras de ATP dentro da mitocôndria, aceitando hidrógenos “gastos”. O oxigénio é o último aceitador de electrões, nenhuma parte do processo – desde o ciclo de Krebs até à cadeia de transporte de electrões – pode acontecer sem oxigénio.

A cadeia de transporte de electrões pode converter a energia de uma molécula de glucose no valor de { FADH_2} e {NADH} + {H^+}) em até 34 ATP. Quando os quatro ATP produzidos em glicólise e o ciclo de Krebs são adicionados, o total de 38 ATP se encaixa na equação geral para respiração celular aeróbica:

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Respiração aeróbica está completa. Se houver oxigênio disponível, a respiração celular transfere a energia de uma molécula de glicose para 38 moléculas de ATP, liberando dióxido de carbono e água como resíduos. A energia alimentar “entregue” tornou-se energia que pode ser utilizada para o trabalho dentro da célula – transporte dentro da célula, bombeando iões e moléculas através das membranas, e construindo grandes moléculas orgânicas. Você pode ver como isso pode levar a “vida na via rápida” em comparação com a respiração anaeróbica (apenas glicólise)?