Da fotossíntese à respiração celular, átomos do elemento carbono, prótons e elétrons são usados como peças de lego que podem ser combinadas e separadas, por exemplo, para montar moléculas como os carboidratos, que podem então ser quebrados (podemos dizer oxidados) até formar CO2 em um ciclo contínuo e cheio de cruzamentos, responsável inclusive pela fluidez e conversão de diferentes formas de energia, essenciais para o que chamamos de metabolismo, que quimicamente mantém ativa a vida em nosso planeta.
Da fotossíntese à respiração celular
Pela fotossíntese, carbonos em um estado mais oxidado (“pobre” em elétrons), sob a forma de CO2, são então reduzidos (em outras palavras: ganham elétrons) sob a forma de carboidratos. Estes carboidratos, oriundos da fotossíntese, com carbonos “ricos” em elétrons, podem então seguir diferentes caminhos pelas chamadas vias ou rotas bioquímicas. Em uma delas, a respiração celular, carboidratos são desmontados e elétrons mais prótons são extraídos e empacotados em moléculas transportadoras de elétrons e prótons (o NADH e o FADH2) que os levam até a usina energética celular localizada no espaço interno da mitocôndria
Essa usina é chamada de Cadeia Respiratória ou Fosforilação Oxidativa e pode ser dividida em duas etapas:
(I) a cadeia transportadora de elétrons - responsável por receber os elétrons trazidos pelos transportadores (o NADH e o FADH2, como mencionei anteriormente) e por bombear prótons para o espaço intermembrana, criando um gradiente de prótons (pense em gradiente como uma concentração diferente de prótons entre dois locais, diferença que gera uma tendência de movimentação do local mais concentrado para o local menos concentrado);
(II) a quimiosmose - processo que funciona em função do gradiente de prótons gerado pela etapa anterior. Aqui na quimiosmose, a energia potencial do gradiente de prótons é usada para gerar energia cinética, movimentando um complexo proteico chamado ATP-sintase, que, por sua vez, produz energia química ao promover a ligação química do fosfato inorgânico com uma molécula de adenosina difosfato (ADP), formando então a adenosina trifosfato (ATP);
A cadeia transportadora de elétrons
Na figura acima, a usina (Cadeia Respiratória) é alimentada pelos elétrons que chegam até ela pelos transportadores (no caso, um NADH). Ao chegarem, os transportadores passam os elétrons para a primeira máquina (uma mistura de proteínas) da cadeia transportadora de elétrons, energizando-a. Essa energia é então usada para bombear prótons do espaço interno da mitocôndria para o espaço entre as membranas da mitocôndria, resultando em um aumento da concentração de prótons no espaço intermembrana (criando o tal gradiente de prótons). Neste processo, os elétrons são transferidos entre os complexos proteicos na membrana interna da mitocôndria, energizando-os e, consequentemente, bombando prótons para o espaço intermembrana.
O processo de quimiosmose (fosforilação)
Esse aumento na concentração de prótons é importante, pois cria energia potencial (muito H+ concentrado no espaço intermembrana com tendência de se movimentar para a matriz mitocondrial), que será usada para gerar energia cinética movendo uma “catraca” proteica (a ATP-sintase). Ao girar, a ATP-sintase unirá ADP e fosfato inorgânico, produzindo assim energia química na forma de ATP (nossa querida molécula de adenosina trifosfato).
Os elétrons são reutilizados como cimento para unir H+ e Oxigênio
Veja novamente a animação da cadeia respiratória. Observe que os elétrons viajam entre as estruturas azuis de nossa representação (complexos proteicos) e, por fim, chegam ao seu destino final: eles, juntamente com prótons presentes na matriz mitocondrial e oxigênio, são unidos para formar H2O.
O elétrons seguem viagem
O mais incrível é que as moléculas de H2O, absorvidas pelas plantas pelas raízes, também são usadas como fonte de elétrons que “darão liga” na produção de carboidratos durante a fotossíntese. Mas isso é assunto para um outro post.
-----------------
Sobre o autor
Danilo é Professor de Bioquímica na UFES, adora resolver problemas e encontrar conexões que explicam melhor o conhecimento científico. Possui formação acadêmica em Agronomia e é autodidata em programação. Com sua esposa criou o projeto "Código Agro" que apoia a manutenção deste site.