A cadeia de transporte de elétrons (ETC) é o processo bioquímico que produz a maior parte do combustível de uma célula em organismos aeróbios. Isso envolve o acúmulo de uma força motriz de prótons (PMF), que permite a produção de ATP, o principal catalisador das reações celulares. A ETC é uma série de reações redox em que os elétrons são transferidos dos reagentes para as proteínas mitocondriais. Isso dá às proteínas a capacidade de mover prótons através de um gradiente eletroquímico, formando o PMF.
O ciclo do ácido cítrico alimenta a ETC
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Os principais reagentes bioquímicos da ETC são os doadores de elétrons succinato e o dinucleotídeo hidrato de adenina nicotinamida (NADH). Estes são gerados por um processo denominado ciclo do ácido cítrico (CAC). As gorduras e os açúcares são decompostos em moléculas mais simples, como o piruvato, que então alimentam o CAC. O CAC retira energia dessas moléculas para produzir as moléculas densas de elétrons necessárias para a ETC. O CAC produz seis moléculas de NADH e se sobrepõe ao próprio ETC quando forma succinato, o outro reagente bioquímico.
NADH e FADH2
A fusão de uma molécula precursora pobre em elétrons chamada nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD +) com um próton forma o NADH. O NADH é produzido dentro da matriz mitocondrial, a parte mais interna da mitocôndria. As várias proteínas de transporte da ETC estão localizadas na membrana mitocondrial interna, que envolve a matriz. O NADH doa elétrons para uma classe de proteínas ETC chamadas NADH desidrogenases, também conhecidas como Complexo I. Isso quebra o NADH em NAD + e um próton, transportando quatro prótons para fora da matriz no processo, aumentando o PMF. Outra molécula chamada dinucleotídeo flavina adenina (FADH2) desempenha um papel semelhante como um doador de elétrons.
Succinato e QH2
A molécula de succinato é produzida por uma das etapas intermediárias do CAC e é subsequentemente degradada em fumarato para ajudar a formar o doador de elétrons diidroquinona (QH2). Esta parte do CAC se sobrepõe ao ETC: QH2 alimenta uma proteína de transporte chamada Complexo III, que atua expulsando prótons adicionais da matriz mitocondrial, aumentando o PMF. O Complexo III ativa um complexo adicional denominado Complexo IV, que libera ainda mais prótons. Assim, a degradação do succinato em fumarato resulta na expulsão de numerosos prótons da mitocôndria por meio de dois complexos de proteínas em interação.
Oxigênio
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As células aproveitam a energia por meio de uma série de reações de combustão lentas e controladas. Moléculas como o piruvato e o succinato liberam energia útil quando são queimadas na presença de oxigênio. Os elétrons na ETC são eventualmente passados para o oxigênio, que é reduzido a água (H2O), absorvendo quatro prótons no processo. Desse modo, o oxigênio atua tanto como receptor de elétrons terminais (é a última molécula a receber os elétrons ETC) quanto como reagente essencial. A ETC não pode acontecer na ausência de oxigênio, então as células famintas de oxigênio recorrem à respiração anaeróbica altamente ineficiente.
ADP e Pi
O objetivo final da ETC é produzir a molécula de adenosina trifosfato (ATP) de alta energia para catalisar reações bioquímicas. Os precursores de ATP, difosfato de adenosina (ADP) e fosfato inorgânico (Pi) são facilmente importados para a matriz mitocondrial. É necessária uma reação de alta energia para unir ADP e Pi, que é onde o PMF funciona. Ao permitir que os prótons voltem à matriz, a energia de trabalho é produzida, forçando a formação de ATP a partir de seus precursores. Estima-se que 3,5 hidrogênios devem entrar na matriz para a formação de cada molécula de ATP.