Cadeia de transporte de elétrons e produção de energia

Na biologia celular, o cadeia de transporte de elétrons é uma das etapas nos processos da sua célula que produzem energia a partir dos alimentos que você come.

É o terceiro passo da aeróbica respiração celular. Respiração celular é o termo pelo qual as células do seu corpo produzem energia a partir dos alimentos consumidos. A cadeia de transporte de elétrons é onde é gerada a maioria das células de energia necessárias para operar. Essa "cadeia" é na verdade uma série de proteína complexos e moléculas transportadoras de elétrons na membrana interna da célula mitocôndria, também conhecida como a potência da célula.

O oxigênio é necessário para a respiração aeróbica, pois a cadeia termina com a doação de elétrons ao oxigênio.

Principais tópicos: Cadeia de transporte de elétrons

À medida que os elétrons se movem ao longo de uma cadeia, o movimento ou momento é usado para criar trifosfato de adenosina (ATP). O ATP é a principal fonte de energia para muitos processos celulares, incluindo músculo contração e divisão celular.

A energia é liberada durante o metabolismo celular quando o ATP é hidrolisado. Isso acontece quando os elétrons são passados ​​ao longo da cadeia do complexo proteico para o complexo proteico até serem doados para a água formadora de oxigênio. O ATP se decompõe quimicamente em adenosina difosfato (ADP) reagindo com água. O ADP, por sua vez, é usado para sintetizar o ATP.

Mais detalhadamente, à medida que os elétrons são transmitidos ao longo de uma cadeia do complexo proteico para o complexo proteico, a energia é liberados e íons hidrogênio (H +) são bombeados para fora da matriz mitocondrial (compartimento dentro do interior membrana) e no espaço intermembranar (compartimento entre as membranas interna e externa). Toda essa atividade cria um gradiente químico (diferença na concentração da solução) e um gradiente elétrico (diferença na carga) através da membrana interna. À medida que mais íons H + são bombeados para o espaço intermembranar, maior concentração de átomos de hidrogênio aumenta e fluxo de volta para a matriz, alimentando simultaneamente a produção de ATP pelo complexo proteico ATP sintase.

ATP sintase usa a energia gerada a partir do movimento de íons H + na matriz para a conversão de ADP em ATP. Este processo de oxidar moléculas para gerar energia para a produção de ATP é chamado oxidativo fosforilação.

O primeiro passo da respiração celular é glicolise. A glicólise ocorre no citoplasma e envolve a divisão de uma molécula de glicose em duas moléculas do composto químico piruvato. Ao todo, são geradas duas moléculas de ATP e duas moléculas de NADH (molécula portadora de elétrons de alta energia).

O segundo passo, chamado de ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs, é quando o piruvato é transportado através das membranas mitocondrial externa e interna para a matriz mitocondrial. O piruvato é oxidado ainda mais no ciclo de Krebs, produzindo mais duas moléculas de ATP, além de NADH e FADH ₂ moléculas. Elétrons de NADH e FADH₂ são transferidos para o terceiro passo da respiração celular, a cadeia de transporte de elétrons.

Existem quatro complexos proteicos que fazem parte da cadeia de transporte de elétrons que funciona para passar elétrons pela cadeia. Um quinto complexo proteico serve para transportar hidrogênio íons de volta para a matriz. Esses complexos são incorporados na membrana mitocondrial interna.

O NADH transfere dois elétrons para o Complexo I, resultando em quatro H⁺ íons sendo bombeados através da membrana interna. NADH é oxidado em NAD⁺, que é reciclado de volta para o ciclo de Krebs. Os elétrons são transferidos do Complexo I para uma molécula transportadora ubiquinona (Q), que é reduzida a ubiquinol (QH2). Ubiquinol transporta os elétrons para o Complexo III.

FADH₂ transfere elétrons para o Complexo II e os elétrons são repassados ​​para a ubiquinona (Q). Q é reduzido a ubiquinol (QH2), que transporta os elétrons para o Complexo III. Não H⁺ os íons são transportados para o espaço intermembranar nesse processo.

A passagem de elétrons para o Complexo III leva ao transporte de mais quatro H⁺ íons através da membrana interna. O QH2 é oxidado e os elétrons são passados ​​para outra proteína transportadora de elétrons citocromo C.

O citocromo C passa os elétrons para o complexo proteico final da cadeia, o Complexo IV. Dois H⁺ os íons são bombeados através da membrana interna. Os elétrons são então passados ​​do Complexo IV para um oxigênio (O₂), causando a divisão da molécula. Os átomos de oxigênio resultantes rapidamente agarram H⁺ íons para formar duas moléculas de água.

ATP sintase se move H⁺ íons que foram bombeados para fora da matriz pela cadeia de transporte de elétrons de volta para a matriz. A energia do influxo de prótons na matriz é usada para gerar ATP pela fosforilação (adição de um fosfato) de ADP. O movimento de íons através da membrana mitocondrial seletivamente permeável e no seu gradiente eletroquímico é chamado quimiosmose.

NADH gera mais ATP que FADH₂. Para cada molécula de NADH oxidada, 10 H⁺ íons são bombeados para o espaço intermembranar. Isso produz cerca de três moléculas de ATP. Porque a FADH₂ entra na cadeia mais tarde (Complexo II), apenas seis H⁺ os íons são transferidos para o espaço intermembranar. Isso representa cerca de duas moléculas de ATP. Um total de 32 moléculas de ATP são geradas no transporte de elétrons e na fosforilação oxidativa.

• "Transporte de elétrons no ciclo de energia da célula". HyperPhysics, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. "Transporte de elétrons e fosforilação oxidativa". Biologia Celular Molecular. 4ª edição., U.S. National Library of Medicine, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.