Todos os organismos fazem uso de uma molécula chamada glicose e um processo chamado glicolise para atender a algumas ou todas as suas necessidades de energia. Para organismos procarióticos unicelulares, como bactérias, este é o único processo disponível para gerar ATP (trifosfato de adenosina, a "moeda de energia" das células).
Organismos eucarióticos (animais, plantas e fungos) têm maquinaria celular mais sofisticada e podem obter muito mais de uma molécula de glicose - mais de quinze vezes mais ATP, na verdade. Isso ocorre porque essas células empregam respiração celular, que em sua totalidade é glicólise mais respiração aeróbia.
Uma reação envolvendo descarboxilação oxidativa na respiração celular chamada de reação ponte serve como um centro de processamento entre as reações estritamente anaeróbicas da glicólise e as duas etapas da respiração aeróbia que ocorrem nas mitocôndrias. Este estágio de ponte, mais formalmente chamado de oxidação do piruvato, é, portanto, essencial.
Aproximando-se da ponte: glicólise
Na glicólise, uma série de dez reações no citoplasma da célula converte a molécula de açúcar de seis carbonos glicose em duas moléculas de piruvato, um composto de três carbonos, enquanto produz um total de dois ATP moléculas. Na primeira parte da glicólise, chamada de fase de investimento, dois ATPs são realmente necessários para mover as reações ao longo, enquanto na segunda parte, a fase de retorno, isso é mais do que compensado pela síntese de quatro ATP moléculas.
Fase de investimento: A glicose tem um grupo fosfato ligado e então é reorganizada em uma molécula de frutose. Essa molécula, por sua vez, tem um grupo fosfato adicionado, e o resultado é uma molécula de frutose duplamente fosforilada. Essa molécula é então dividida e se torna duas moléculas idênticas de três carbonos, cada uma com seu próprio grupo fosfato.
Fase de devolução: Cada uma das duas moléculas de três carbonos tem o mesmo destino: tem outro grupo fosfato ligado, e cada destes é usado para fazer ATP a partir de ADP (difosfato de adenosina) enquanto é reorganizado em um piruvato molécula. Esta fase também gera uma molécula de NADH a partir de uma molécula de NAD+.
O rendimento líquido de energia é, portanto, 2 ATP por glicose.
A reação da ponte
A reação de ponte, também chamada de reação de transição, consiste em duas etapas. O primeiro é o descarboxilação de piruvato, e a segunda é a fixação do que resta a uma molécula chamada coenzima A.
A extremidade da molécula de piruvato é um carbono com ligação dupla a um átomo de oxigênio e ligação simples a um grupo hidroxila (-OH). Na prática, o átomo de H no grupo hidroxila é dissociado do átomo de O, de modo que esta porção do piruvato pode ser considerada como tendo um átomo de C e dois átomos de O Na descarboxilação, isso é removido como CO2, ou dióxido de carbono.
Em seguida, o remanescente da molécula de piruvato, denominado grupo acetila e tendo a fórmula CH3C (= O), torna-se unido à coenzima A no local previamente ocupado pelo grupo carboxila do piruvato. No processo, NAD+ é reduzido a NADH. Por molécula de glicose, a reação de ponte é:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Depois da ponte: respiração aeróbica
Ciclo de Krebs: A localização do ciclo de Krebs está na matriz mitocondrial (o material dentro das membranas). Aqui, o acetil CoA se combina com uma molécula de quatro carbonos chamada oxaloacetato para criar uma molécula de seis carbonos, o citrato. Essa molécula é reduzida a oxaloacetato em uma série de etapas, iniciando o ciclo novamente.
O resultado é 2 ATP junto com 8 NADH e 2 FADH2 (portadores de elétrons) para a próxima etapa.
Cadeia de transporte de elétrons: Essas reações ocorrem ao longo da membrana mitocondrial interna, na qual quatro grupos especializados de coenzimas, denominados complexos I a IV, estão incorporados. Estes usam a energia dos elétrons em NADH e FADH2 para conduzir a síntese de ATP, com o oxigênio sendo o aceptor final de elétrons.
O resultado é de 32 a 34 ATP, colocando a produção total de energia da respiração celular em 36 a 38 ATP por molécula de glicose.