Como metabolizar a glicose para fazer ATP

A glicose, um açúcar de seis carbonos, é o "insumo" fundamental na equação que alimenta todas as formas de vida. A energia externa é, de alguma forma, convertida em energia para a célula. Todo organismo vivo, desde seu melhor amigo até a bactéria mais humilde, tem células que queimam glicose como combustível no nível metabólico da raiz.

Os organismos diferem na medida em que suas células podem extrair energia da glicose. Em todas as células, essa energia está na forma de trifosfato de adenosina (ATP).

Portanto, uma coisa todas as células vivas têm em comum que elas metabolizam a glicose para produzir ATP. Uma determinada molécula de glicose que entra em uma célula pode ter começado como um jantar de bife, como a presa de um animal selvagem, como matéria vegetal ou outra coisa.

Independentemente disso, vários processos digestivos e bioquímicos quebraram todas as moléculas de multicarbono em todas as substâncias que o organismo ingere para se nutrir do açúcar monossacarídeo que entra no metabolismo celular caminhos.

Quimicamente, glicose é um hexose açúcar, hex sendo o prefixo grego para "seis", o número de átomos de carbono na glicose. Sua fórmula molecular é C₆H₁₂O₆, dando-lhe um peso molecular de 180 gramas por mol.

A glicose também é um monossacarídeo em que é um açúcar que inclui apenas uma unidade fundamental, ou monômero.Frutose é outro exemplo de um monossacarídeo, enquanto sacarose, ou açúcar de mesa (frutose mais glicose), lactose (glicose mais galactose) e maltose (glicose mais glicose) são dissacarídeos.

Observe que a proporção de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio na glicose é 1: 2: 1. Todos os carboidratos, na verdade, apresentam essa mesma proporção, e suas fórmulas moleculares são todas da forma C_nH_2nO_n.

ATP é um nucleosídeo, neste caso adenosina, com três grupos fosfato ligados a ela. Isso realmente o torna um nucleotídeo, como um nucleosídeo é um pentose açúcar (também ribose ou desoxirribose) combinado com uma base nitrogenada (isto é, adenina, citosina, guanina, timina ou uracila), enquanto um nucleotídeo é um nucleosídeo com um ou mais grupos fosfato ligados. Mas terminologia à parte, o importante a saber sobre ATP é que contém adenina, ribose e uma cadeia de três grupos fosfato (P).

ATP é feito por meio do fosforilação de difosfato de adenosina (ADP), e inversamente, quando a ligação de fosfato terminal em ATP é hidrolisado, ADP e P_eu (fosfato inorgânico) são os produtos. O ATP é considerado a "moeda de energia" das células, pois essa molécula extraordinária é usada para alimentar quase todos os processos metabólicos.

Respiração celular é o conjunto de vias metabólicas em organismos eucarióticos que converte glicose em ATP e dióxido de carbono na presença de oxigênio, liberando água e produzindo uma grande quantidade de ATP (36 a 38 moléculas por molécula de glicose investida) no processar.

A fórmula química balanceada para a reação geral líquida, excluindo portadores de elétrons e moléculas de energia, é:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

A respiração celular, na verdade, inclui três vias distintas e sequenciais:

• Glicolise, que ocorre em todas as células e no citoplasma, e é sempre a primeira etapa do metabolismo da glicose (e na maioria dos procariotos, também a última etapa).
  
• O ciclo de Krebs, também chamado de ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) ou ciclo do ácido cítrico, que se desenvolve na matriz mitocondrial.
• O cadeia de transporte de elétrons, que ocorre na membrana mitocondrial interna e gera a maior parte do ATP produzido na respiração celular.

Os dois últimos estágios são dependentes de oxigênio e, juntos, constituem respiração aeróbica. Freqüentemente, no entanto, em discussões sobre o metabolismo eucariótico, a glicólise, embora não dependa de oxigênio, é considerada parte "respiração aeróbica"porque quase todo o seu produto principal, piruvato, passa a entrar nas outras duas vias.

Na glicólise, a glicose é convertida em uma série de 10 reações na molécula de piruvato, com um ganho líquido de duas moléculas de ATP e duas moléculas do "portador de elétrons" Nicotinamida adenina dinucleótido (NADH). Para cada molécula de glicose que entra no processo, duas moléculas de piruvato são produzidas, pois o piruvato tem três átomos de carbono contra seis da glicose.

Na primeira etapa, a glicose é fosforilada para se tornar glicose-6-fosfato (G6P). Isso compromete a glicose a ser metabolizada em vez de derivar de volta para o membrana celular, porque o grupo fosfato dá a G6P uma carga negativa. Ao longo das próximas etapas, a molécula é reorganizada em um derivado de açúcar diferente e, em seguida, fosforilada uma segunda vez para se tornar frutose-1,6-bisfosfato.

Essas etapas iniciais da glicólise requerem um investimento de dois ATP porque esta é a fonte dos grupos fosfato nas reações de fosforilação.

A frutose-1,6-bisfosfato se divide em duas moléculas diferentes de três carbonos, cada uma contendo seu próprio grupo fosfato; quase todos eles são rapidamente convertidos no outro, gliceraldeído-3-fosfato (G3P). Portanto, deste ponto em diante, tudo é duplicado porque há dois G3P para cada glicose "a montante".

A partir deste ponto, G3P é fosforilado em uma etapa que também produz NADH a partir da forma oxidada NAD +, e então os dois grupos fosfato são dado às moléculas de ADP em etapas de rearranjo subsequentes para produzir duas moléculas de ATP junto com o produto final de carbono da glicólise, piruvato.

Uma vez que isso acontece duas vezes por molécula de glicose, a segunda metade da glicólise produz quatro ATP para um internet ganho da glicólise de dois ATP (já que dois foram necessários no início do processo) e dois NADH.

No reação preparatória, depois que o piruvato gerado na glicólise encontra seu caminho do citoplasma para a matriz mitocondrial, ele é primeiro convertido em acetato (CH₃COOH-) e CO₂ (um produto residual neste cenário) e, em seguida, para um composto chamado acetil coenzima A, ou acetil CoA. Nesta reação, um NADH é gerado. Isso prepara o terreno para o ciclo de Krebs.

Esta série de oito reações é assim chamada porque um dos reagentes na primeira etapa, oxaloacetato, também é o produto na última etapa. O trabalho do ciclo de Krebs é o de um fornecedor e não de um fabricante: ele gera apenas dois ATP por molécula de glicose, mas contribui com mais seis NADH e dois de FADH₂, outro portador de elétrons e um parente próximo do NADH.

(Observe que isso significa um ATP, três NADH e um FADH₂por volta do ciclo. Para cada glicose que entra na glicólise, duas moléculas de acetil CoA entram no ciclo de Krebs.)

Em uma base por glicose, a contagem de energia até este ponto é quatro ATP (dois da glicólise e dois do Krebs ciclo), 10 NADH (dois da glicólise, dois da reação preparatória e seis do ciclo de Krebs) e dois FADH₂ do ciclo de Krebs. Enquanto os compostos de carbono no ciclo de Krebs continuam a girar a montante, os portadores de elétrons se movem da matriz mitocondrial para o membrana mitocondrial.

Quando NADH e FADH₂ liberar seus elétrons, eles são usados ​​para criar um gradiente eletroquímico através da membrana mitocondrial. Este gradiente é usado para alimentar a ligação de grupos fosfato ao ADP para criar ATP em um processo chamado fosforilação oxidativa, assim chamado porque o aceptor final dos elétrons em cascata de portador de elétron para portador de elétrons na cadeia é o oxigênio (O₂).

Porque cada NADH produz três ATP e cada FADH₂ produz dois ATP na fosforilação oxidativa, isto adiciona (10) (3) + (2) (2) = 34 ATP à mistura. Desse modo uma molécula de glicose pode render até 38 ATP dentro organismos eucarióticos.