Bioenergética é a área que estuda as transformações e transferências de energia nos seres vivos. Ela procura explicar como as células obtêm energia do ambiente, a convertem em formas utilizáveis e a empregam para manter sua organização. Contração muscular, transporte através de membranas e produção de moléculas são exemplos de processos que dependem desse funcionamento.
Mitocôndrias observadas por microscopia eletrônica de transmissão; as dobras internas são as cristas mitocondriais. Foto: Mike Kayser / Wellcome Collection. Licença CC BY 4.0.
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Energia e metabolismo
Metabolismo é o conjunto das reações químicas de um organismo ou de uma célula. Essas reações se organizam em vias, nas quais o produto de uma etapa pode se tornar o reagente da seguinte. A bioenergética investiga o balanço energético dessas transformações e a maneira pela qual elas se conectam.
No catabolismo, moléculas são degradadas e parte da energia disponibilizada pelo processo pode ser conservada em intermediários químicos. No anabolismo, a célula constrói moléculas complexas, como proteínas, utilizando matéria-prima e energia. Os dois conjuntos de vias são interdependentes: a degradação pode fornecer recursos para a síntese.
Termodinâmica e seres vivos
A energia não é criada do nada nem desaparece: transforma-se. Nas células, energia química pode ser convertida em trabalho mecânico, manutenção de gradientes de íons e calor. Nem toda a energia de um alimento se transforma em trabalho útil; uma parte é dissipada para o ambiente.
Os seres vivos mantêm uma organização interna complexa porque são sistemas abertos. Trocam matéria e energia com o meio. A manutenção dessa organização não contradiz a segunda lei da termodinâmica, pois deve ser considerada juntamente com as transformações ocorridas no ambiente.
Reações exergônicas e endergônicas
Uma reação exergônica apresenta diminuição da energia livre do sistema nas condições consideradas e pode disponibilizar energia. Uma reação endergônica demanda um aporte de energia para ocorrer. Nas células, processos dos dois tipos são acoplados, permitindo que transformações energeticamente favoráveis sustentem outras que, isoladamente, não seriam favorecidas.
Esse balanço não informa sozinho a velocidade de uma reação. As enzimas aceleram transformações ao reduzir a energia de ativação, mas não mudam o balanço de energia livre entre reagentes e produtos. Uma reação favorável ainda pode ser lenta se não houver um caminho cinético adequado.
O papel do ATP
O ATP, adenosina trifosfato, é um intermediário central no acoplamento energético. Sua hidrólise a ADP e fosfato inorgânico pode ser associada a processos como transporte ativo e síntese de moléculas. Depois, energia de outras reações permite regenerar ATP a partir de ADP e fosfato.
Dizer que o ATP “armazena energia em uma ligação” é uma simplificação. Romper uma ligação química exige energia; o saldo favorável da hidrólise resulta da transformação completa de reagentes em produtos mais estáveis nas condições consideradas. Por isso, é o conjunto da reação que precisa ser analisado.
Respiração, fermentação e fotossíntese
Na respiração aeróbia, moléculas orgânicas são oxidadas, e o oxigênio atua como aceptor final de elétrons na cadeia respiratória. Em células eucarióticas, grande parte desse processo ocorre nas mitocôndrias, enquanto a glicólise acontece no citosol. O transporte de elétrons ajuda a estabelecer um gradiente de prótons, utilizado pela ATP sintase.
A fermentação regenera moléculas necessárias à continuidade da glicólise, sem utilizar uma cadeia respiratória para a produção de ATP. Já na fotossíntese, a energia luminosa é convertida em energia química, que sustenta a incorporação de carbono em compostos orgânicos. Plantas realizam tanto fotossíntese quanto respiração.
Por que estudar bioenergética?
A área ajuda a compreender o exercício, o funcionamento de órgãos, a produção de biomassa e os efeitos de substâncias que interferem no metabolismo. Não se deve confundir esse sentido bioquímico com práticas terapêuticas que usam o mesmo nome. A bioenergética celular trabalha com mecanismos físicos e químicos investigáveis experimentalmente.
Fontes
- OpenStax, Biology 2e — 6.1 Energy and Metabolism.
- OpenStax, Biology 2e — 6.4 ATP: Adenosine Triphosphate.
Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/biologia/bioenergetica/