A química da mitocôndria produz energia ao converter nutrientes dos alimentos e oxigênio em trifosfato de adenosina (ATP), a molécula que alimenta as reações celulares, por meio da respiração celular.
As Etapas da Produção de Energia
- Ciclo de Krebs (Matriz Mitocondrial): O piruvato (vindo da quebra da glicose) entra na mitocôndria, sofre oxidação e transfere elétrons ricos em energia para moléculas carregadoras, como o NADH e o FADH₂, liberando gás carbônico .
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Do ponto de vista puramente químico, o Ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico) é uma rota metabólica anfibólica que funciona como uma sequência de reações de oxirredução, descarboxilação e isomerização. O grande objetivo químico do ciclo é oxidar completamente um grupo acetila (−CH3CO) de dois carbonos a duas moléculas de CO2, transferindo esses elétrons para cofatores enzimáticos (NAD+ e FAD)
Acetil-CoA (2C) + Oxaloacetato (4C) │ ▼ (Condensação Aldólica) Citrato (6C) │ ▼ (Isomerização via Desidratação) Isocitrato (6C) │ ▼ (1ª Oxidação e Descarboxilação) ───> NADH + CO2 α-Cetoglutarato (5C) │ ▼ (2ª Oxidação e Descarboxilação) ───> NADH + CO2 Succinil-CoA (4C) │ ▼ (Fosforilação ao Nível do Substrato) ───> GTP (ATP) Succinato (4C) │ ▼ (3ª Oxidação) ─────────────────────> FADH2 Fumarato (4C) │ ▼ (Hidratação) Malato (4C) │ ▼ (4ª Oxidação) ─────────────────────> NADH Oxaloacetato (4C) <-- (Reinicia o ciclo)
As 8 Etapas Químicas Detalhadas:-
- Condensação Aldólica (Síntese do Citrato): O Acetil-CoA (2 carbonos) condensa-se com o Oxaloacetato (4 carbonos) através de um ataque nucleofílico. A enzima citrato sintase catalisa a reação, que consome uma molécula de água para hidrolisar a ligação tioéster do CoA, gerando Citrato (6 carbonos, um ácido tricarboxílico). É uma reação termodinamicamente irreversível que impulsiona o ciclo para a frente.
- Isomerização via Desidratação e Hidratação (Formação do Isocitrato): O grupo hidroxila (
−OH) do citrato muda de posição para facilitar as oxidações futuras. A enzima aconitase desidrata o citrato formando o intermediário cis-aconitato e, em seguida, o hidrata novamente, transformando-o em Isocitrato.
- 1ª Oxidação e Descarboxilação Oxidativa (Formação do𝜶-Cetoglutarato): O isocitrato sofre uma oxidação (perda de hidretos), onde o NAD+ reduzido a NADH + H+ .
- O intermediário instável sofre uma descarboxilação espontânea, liberando a primeira molécula de
CO2 .O produto é 0 𝜶 -Cetoglutarato (5 carbonos).
- 2ª Oxidação e Descarboxilação Oxidativa (Formação do Succinil-CoA): O 𝛼-cetoglutarato sofre uma nova descarboxilação oxidativa por um complexo multienzimático. Mais um CO2 é liberado, outra molécula de NAD+ é reduzida a NADH, e o restante da molécula é ligado à Coenzima A por uma ligação tioéster de alta energia, gerando Succinil-CoA (4 carbonos).
- Fosforilação ao Nível do Substrato (Formação do Succinato): A ligação tioéster de alta energia do Succinil-CoA é clivada. A energia livre dessa quebra acopla a adição de um fosfato inorgânico (𝑃𝑖) ao GDP (ou ADP), gerando GTP (ou ATP). O produto restante é o Succinato (4 carbonos).
- 3ª Oxidação (Formação do Fumarato): O succinato é oxidado a Fumarato pela enzima succinato desidrogenase (que faz parte do Complexo II da cadeia respiratória). Como a variação de energia livre é insuficiente para reduzir o NAD+, o aceptor de elétrons é o FAD, que se reduz 𝑭𝑨𝑫𝑯𝟐
. Quimicamente, cria-se uma ligação dupla (𝐶=𝐶) trans na molécula. - Hidratação (Formação do Malato): A enzima fumarase catalisa a adição estereos específica de uma molécula de água (H2O) através da ligação dupla do fumarato, quebrando-a e adicionando uma hidroxila, produzindo o L-Malato.
- 4ª Oxidação (Regeneração do Oxaloacetato): O grupo hidroxila do malato é oxidado a uma cetona pela malato desidrogenase. Os elétrons e prótons são transferidos para o último NAD+, gerando NADH + H+ .
O produto final é o Oxaloacetato, regenerando quimicamente o reagente original da etapa 1.
- Condensação Aldólica (Síntese do Citrato): O Acetil-CoA (2 carbonos) condensa-se com o Oxaloacetato (4 carbonos) através de um ataque nucleofílico. A enzima citrato sintase catalisa a reação, que consome uma molécula de água para hidrolisar a ligação tioéster do CoA, gerando Citrato (6 carbonos, um ácido tricarboxílico). É uma reação termodinamicamente irreversível que impulsiona o ciclo para a frente.
respiração celular- ciclo de Krebs – onde ocorrem as várias etapas- imagem: ttps://www.biologyonline.com/dictionary/krebs-cycle
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- Cadeia de Transporte de Elétrons (Membrana Interna): Os elétrons do NADH e do FADH₂ passam por complexos proteicos na membrana interna mitocondrial.
Bombeamento de Prótons: A energia liberada no fluxo de elétrons empurra prótons
A quantidade máxima teórica de energia produzida na respiração celular completa é de 30 a 32 moléculas de ATP por cada molécula de glicose (𝐶6𝐻12𝑂6) totalmente oxidada.
imagem inicial: Blog do Enem
