A maioria das células vivas produz energia a partir de nutrientes por meio da respiração celular, que envolve a captação de oxigênio para liberar energia. A cadeia de transporte de elétrons ou ETC é a terceira e última etapa desse processo, sendo as outras duas glicolise e a ciclo do ácido cítrico.
A energia produzida é armazenada na forma de ATP ou trifosfato de adenosina, que é um nucleotídeo encontrado em todos os organismos vivos.
As moléculas de ATP armazenam energia em seus ligações de fosfato. A ETC é a etapa mais importante da respiração celular do ponto de vista energético porque produz a maior parte do ATP. Em uma série de reações redox, a energia é liberada e usada para anexar um terceiro grupo fosfato ao difosfato de adenosina para criar ATP com três grupos fosfato.
Quando uma célula precisa de energia, ela quebra a terceira ligação do grupo fosfato e usa a energia resultante.
O que são reações redox?
Muitas das reações químicas da respiração celular são reações redox. Estas são interações entre substâncias celulares que envolvem
redução e oxidação (ou redox) ao mesmo tempo. Conforme os elétrons são transferidos entre as moléculas, um conjunto de substâncias químicas é oxidado enquanto outro é reduzido.Uma série de reações redox constituem o cadeia de transporte de elétrons.
Os produtos químicos oxidados são agentes redutores. Eles aceitam elétrons e reduzem as outras substâncias levando seus elétrons. Esses outros produtos químicos são agentes oxidantes. Eles doam elétrons e oxidam as outras partes na reação química redox.
Quando há uma série de reações químicas redox ocorrendo, os elétrons podem ser transmitidos por vários estágios até que se combinem com o agente redutor final.
Onde está localizada a reação em cadeia de transporte de elétrons nos eucariotos?
As células de organismos avançados ou eucariotos têm uma núcleo e são chamados células eucarióticas. Essas células de nível superior também têm pequenas ligado à membrana estruturas chamadas mitocôndrias que produzem energia para a célula. As mitocôndrias são como pequenas fábricas que geram energia na forma de moléculas de ATP. As reações em cadeia de transporte de elétrons ocorrem dentro do mitocôndria.
Dependendo do trabalho que a célula faz, as células podem ter mais ou menos mitocôndrias. Células musculares às vezes têm milhares porque precisam de muita energia. As células vegetais também têm mitocôndrias; eles produzem glicose por meio da fotossíntese, que é então usada na respiração celular e, eventualmente, na cadeia de transporte de elétrons na mitocôndria.
As reações ETC ocorrem na membrana interna da mitocôndria e através dela. Outro processo de respiração celular, o ciclo do ácido cítrico, ocorre dentro da mitocôndria e fornece alguns dos produtos químicos necessários para as reações ETC. O ETC usa as características do membrana mitocondrial interna para sintetizar Moléculas de ATP.
Qual é a aparência de uma mitocôndria?
Uma mitocôndria é minúscula e muito menor que uma célula. Para vê-lo adequadamente e estudar sua estrutura, é necessário um microscópio eletrônico com uma ampliação de vários milhares de vezes. Imagens do microscópio eletrônico mostram que a mitocôndria tem uma membrana externa lisa e alongada e um pesadamente dobrado membrana interna.
As dobras da membrana interna têm o formato de dedos e alcançam profundamente o interior da mitocôndria. O interior da membrana interna contém um fluido chamado matriz, e entre as membranas interna e externa está uma região viscosa cheia de fluido chamada de espaço intermembranar.
O ciclo do ácido cítrico ocorre na matriz e produz alguns dos compostos usados pela ETC. A ETC retira elétrons desses compostos e retorna os produtos ao ciclo do ácido cítrico. As dobras da membrana interna proporcionam uma grande área de superfície com muito espaço para as reações em cadeia de transporte de elétrons.
Onde a reação ETC ocorre em procariontes?
A maioria dos organismos unicelulares são procariontes, o que significa que as células não têm núcleo. Essas células procarióticas têm uma estrutura simples com uma parede celular e membranas celulares ao redor da célula e controlando o que entra e sai da célula. Células procarióticas falta mitocôndrias e outros organelas ligadas à membrana. Em vez disso, a produção de energia celular ocorre em toda a célula.
Algumas células procarióticas, como algas verdes, podem produzir glicose a partir de fotossíntese, enquanto outros ingerem substâncias que contêm glicose. A glicose é então usada como alimento para a produção de energia celular por meio da respiração celular.
Como essas células não têm mitocôndrias, a reação ETC no final da respiração celular deve ocorrer nas membranas celulares localizadas dentro da parede celular.
O que acontece durante a cadeia de transporte de elétrons?
O ETC usa elétrons de alta energia de produtos químicos produzidos pelo ciclo do ácido cítrico e os conduz por quatro etapas até um nível de energia baixo. A energia dessas reações químicas é usada para bombear prótons através de uma membrana. Esses prótons então se difundem de volta através da membrana.
Para células procarióticas, as proteínas são bombeadas através das membranas celulares que cercam a célula. Para células eucarióticas com mitocôndrias, os prótons são bombeados através da membrana mitocondrial interna da matriz para o espaço intermembrana.
Os doadores de elétrons químicos incluem NADH e FADH enquanto o aceptor final de elétrons é o oxigênio. Os produtos químicos NAD e FAD são devolvidos ao ciclo do ácido cítrico, enquanto o oxigênio se combina com o hidrogênio para formar água.
Os prótons bombeados através das membranas criam um gradiente de prótons. O gradiente produz uma força motriz de prótons que permite que os prótons se movam de volta através das membranas. Este movimento de prótons ativa a ATP sintase e cria moléculas de ATP a partir de ADP. O processo químico geral é chamado fosforilação oxidativa.
Qual é a função dos quatro complexos da ETC?
Quatro complexos químicos constituem a cadeia de transporte de elétrons. Eles têm as seguintes funções:
- Complexo I pega o doador de elétrons NADH da matriz e envia elétrons para baixo da cadeia enquanto usa a energia para bombear prótons através das membranas.
- Complexo II usa FADH como um doador de elétrons para fornecer elétrons adicionais à cadeia.
- Complexo III passa os elétrons para uma substância química intermediária chamada citocromo e bombeia mais prótons pelas membranas.
- Complexo IV recebe os elétrons do citocromo e os passa para a metade de uma molécula de oxigênio que se combina com dois átomos de hidrogênio e forma uma molécula de água.
No final desse processo, o gradiente de prótons é produzido por cada complexo bombeando prótons através das membranas. O resultado força motriz próton atrai os prótons através das membranas através das moléculas de ATP sintase.
Conforme eles cruzam para a matriz mitocondrial ou o interior da célula procariótica, a ação do prótons permitem que a molécula de ATP sintase adicione um grupo fosfato a um ADP ou difosfato de adenosina molécula. O ADP torna-se ATP ou trifosfato de adenosina e a energia é armazenada na ligação fosfato extra.
Por que a cadeia de transporte de elétrons é importante?
Cada uma das três fases da respiração celular incorpora processos celulares importantes, mas a ETC produz, de longe, a maior parte do ATP. Visto que a produção de energia é uma das funções-chave da respiração celular, o ATP é a fase mais importante desse ponto de vista.
Onde o ETC produz até 34 moléculas de ATP dos produtos de uma molécula de glicose, o ciclo do ácido cítrico produz duas, e a glicólise produz quatro moléculas de ATP, mas usa duas delas.
A outra função fundamental do ETC é produzir NAD e MANIA de NADH e FADH nos dois primeiros complexos químicos. Os produtos das reações no complexo I e II da ETC são as moléculas NAD e FAD necessárias ao ciclo do ácido cítrico.
Como resultado, o ciclo do ácido cítrico depende da ETC. Como a ETC só pode ocorrer na presença de oxigênio, que atua como o aceptor final de elétrons, o ciclo de respiração celular só pode operar plenamente quando o organismo absorve oxigênio.
Como o oxigênio entra na mitocôndria?
Todos os organismos avançados precisam de oxigênio para sobreviver. Alguns animais respiram oxigênio do ar, enquanto os animais aquáticos podem ter brânquias ou absorver oxigênio através de seus peles.
Em animais superiores, os glóbulos vermelhos absorvem oxigênio no pulmões e carregá-lo para dentro do corpo. As artérias e os minúsculos capilares distribuem o oxigênio pelos tecidos do corpo.
À medida que as mitocôndrias usam oxigênio para formar água, o oxigênio se difunde para fora dos glóbulos vermelhos. As moléculas de oxigênio viajam através das membranas celulares e entram no interior da célula. À medida que as moléculas de oxigênio existentes se esgotam, novas moléculas tomam seu lugar.
Enquanto houver oxigênio suficiente presente, as mitocôndrias podem fornecer toda a energia de que a célula precisa.
Uma visão geral química da respiração celular e da ETC
A glicose é um carboidrato que, quando oxidado, produz dióxido de carbono e água. Durante este processo, os elétrons são alimentados na cadeia de transporte de elétrons.
O fluxo de elétrons é usado por complexos de proteínas nas membranas mitocondriais ou celulares para transportar íons de hidrogênio, H +, através das membranas. A presença de mais íons de hidrogênio fora de uma membrana do que dentro cria um desequilíbrio de pH com uma solução mais ácida fora da membrana.
Para equilibrar o pH, os íons de hidrogênio fluem de volta através da membrana através do complexo de proteína ATP sintase, conduzindo a formação de moléculas de ATP. A energia química colhida dos elétrons é alterada para uma forma eletroquímica de energia armazenada no gradiente de íons de hidrogênio.
Quando a energia eletroquímica é liberada através do fluxo dos íons de hidrogênio ou prótons através do complexo ATP sintase, ela é alterada para energia bioquímica na forma de ATP.
Inibindo o mecanismo de transporte da cadeia de elétrons
As reações ETC são uma forma altamente eficiente de produzir e armazenar energia para a célula usar em seu movimento, reprodução e sobrevivência. Quando uma das séries de reações é bloqueada, o ETC deixa de funcionar e as células que dependem dele morrem.
Alguns procariontes têm maneiras alternativas de produzir energia usando outras substâncias além do oxigênio como o elétron final aceitador, mas as células eucarióticas dependem da fosforilação oxidativa e da cadeia de transporte de elétrons para sua energia precisa.
As substâncias que podem inibir a ação da ETC podem bloquear reações redox, inibem a transferência de prótons ou modificam enzimas-chave. Se uma etapa redox é bloqueada, a transferência de elétrons é interrompida e a oxidação prossegue para níveis elevados na extremidade do oxigênio, enquanto a redução ocorre no início da cadeia.
Quando os prótons não podem ser transferidos através das membranas ou enzimas como a ATP sintase são degradadas, a produção de ATP é interrompida.
Em ambos os casos, as funções celulares são interrompidas e a célula morre.
Substâncias à base de plantas, como rotenona, compostos como cianeto e antibióticos como antimicina pode ser usado para inibir a reação ETC e provocar a morte celular alvo.
Por exemplo, a rotenona é usada como inseticida e os antibióticos são usados para matar bactérias. Quando há necessidade de controlar a proliferação e o crescimento de organismos, a ETC pode ser vista como um valioso ponto de ataque. Perturbar sua função priva a célula da energia de que precisa para viver.
