Fosforilação oxidativa

Para que a vida pudesse surgir e se desenvolver, foi necessária a criação de mecanismos de obtenção de energia. Em razão disso, surgiu a respiração celular, que se ocupa com esse ofício. A primeira estratégia desenvolvida era realizar esse processo sem o envolvimento do oxigênio, afinal ele não estava disponível no ar atmosférico. Com isso, surgiu a respiração anaeróbica. Entretanto, essa forma de obtenção de energia não é muito eficiente porque tem um rendimento energético de menos de 4%, ou seja, das 690 quilocalorias (kcal) disponíveis em um mol de glicose, a célula só consegue aproveitar 20 kcal pela via anaeróbica.

Em razão dessa baixa eficiência do processo acima citado, associado a mudanças nas condições ambientais (disponibilidade de oxigênio), surgiram mecanismos mais eficientes, como é o caso da respiração aeróbica. Isso quer dizer que as pressões do meio ambiente possibilitaram o surgimento da obtenção de energia com o uso do oxigênio, o que possibilitou o desenvolvimento de formas de vida mais complexas. Assim, é nessa modalidade que se encaixa a fosforilação oxidativa.

A fosforilação oxidativa se trata de uma sequência de reações bioquímicas que compõem a respiração aeróbica e ocorrem nas mitocôndrias. Ela é um processo obrigatoriamente aeróbico e podem ser observados três processos diferentes, mas bastante importantes e relacionados: a produção de acetilcoenzima A ou Acetil-CoA, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória.

Antes de falar sobre os processos citados acima, é importante destacar ao que nos referimos quando se menciona a energia. Essa energia, que é o produto final dessas reações, é proveniente da molécula de ATP, adenosina trifosfato. O ATP é uma molécula “relativamente” simples composta pela base nitrogenada adenina, açúcar e três fosfatos. A energia que tanto se fala é oriunda, justamente, das duas ligações que unem os fosfatos. Elas são ligações de alta energia que, quando necessário para alguma função ou reação do corpo, são quebradas liberando energia suficiente para esses eventos.

Produção de Acetil-CoA

A Acetil-CoA é um dos substratos de interesse para a geração de energia, assim, é necessário que seja produzida. Nesse sentido, essa produção pode ocorrer de duas formas. A primeira forma, e mais frequente, é por meio do piruvato ou acido pirúvico. Após uma glicose ser degrada em condições de anaerobiose no citosol (glicólise) são geradas duas moléculas de piruvato. Esse piruvato ultrapassa as membranas mitocondriais e, na matriz dessa organela, ocorrem reações mediadas por diversas enzimas dando origem ao acetato. O acetato, por sua vez, se liga à coenzima A, o que acaba gerando a acetilcoenzima A.

A outra forma ocorre com o metabolismo de gorduras, mais especificamente, de ácidos graxos. Nesse caso, o que acontece é a passagem desses ácidos graxos através de enzimas presentes nas membranas mitocondriais e, na matriz, ocorre uma série de reações que os degradam. Assim, esse conjunto de reações é denominada β-oxidação.

Enfim, a produção da Acetil-CoA não gera, de fato, energia. Entretanto, se trata de uma etapa de extrema importância porque faz parte de um processo bastante complexo de geração do ATP.

Ciclo de Krebs

O ciclo de Krebs começa quando a Acetil-CoA reage com o ácido oxalacético, gerando o ácido cítrico. Após isso, ocorre uma sequência de reações mediadas por enzimas que, ao final, resultam na liberação de íons, prótons e CO2. Não obstante, ocorre também a produção de ácido oxalacético que entrará no ciclo novamente. Esse processo possui baixa eficiência energética porque produz apenas duas moléculas de ATP por cada de glicose consumida, entretanto sua função é, justamente, liberar elétrons altamente energéticos e prótons que serão utilizados em outro processo.

Cadeia respiratória

A cadeia respiratória ocorre nas cristas mitocondriais. Ela é uma sequência de compostos enzimáticos e não enzimáticos capazes de “extrair” gradualmente a energia dos elétrons liberados durante o ciclo de Krebs. Além disso, nesse processo ocorre a produção de água a partir da combinação entre os prótons liberados pelo ciclo anteriormente citado e o oxigênio. Essa cadeia de eventos é um processo altamente eficiente no que se refere à produção de energia, produzindo a grande maior parte dos 36 ATPs da fosforilação oxidativa. Assim, sua função principal é a produção de energia.

Enfim, a fosforilação oxidativa é um processo que ocorre nas mitocôndrias e apenas em condições de aerobiose. É responsável pela esmagadora maior parte da energia nos seres que a realizam e seu surgimento foi um grande passo na história evolutiva, possibilitando, talvez, o desenvolvimento de formas de vida mais complexas.

Bibliografia:

Junqueira, L. C. & Carneiro, J. Biologia Celular e Molecular. 9ª Edição. Editora Guanabara Koogan. 338 páginas. 2012.

Lopes, S. Bio – Volume Único. 1ª Edição. São Paulo: Editora Saraiva. 606 páginas. 2004.