terça-feira, 6 de junho de 2017

Termoquímica metabólica: combustão x respiração celular

Por Fabio Dias Magalhães

Tanto a combustão da glicose quanto a respiração celular liberam a mesma quantidade de energia. Entretanto, os dois processos apresentam graves diferenças.
Antes de distinguir os dois processos, lembremos os elementos de uma reação química, em um gráfico de caminho de reação. Quando reagentes mais energéticos são convertidos em produtos, ocorre uma liberação de energia, o que caracteriza uma reação exotérmica. Perceba que mesmo uma reação exotérmica necessita de uma energia de ativação, necessária para que a reação ocorra. Assim, sem energia de ativação, não há reação, e por isso ela limita a velocidade da reação.

A diferença entre a energia do produto e reagente é chamada de variação de etalpia (ΔH), e é negativa em reações exotérmicas (já que reagentes são mais energéticos que produtos e, por isso, há "perda" de energia). Observe abaixo a energia de ativação e o ΔH:


Assim, o fato de uma reação ser exotermica não significa que ela ocorrerá espontaneamente, é necessária uma energia que inicie o processo. Por exemplo, a queima de um papel só se inicia com o fornecimento inicial de uma pequena chama.  Catalisadores aumentam a velocidade da reação por que fornecem um caminho de reação alternativo, com menor energia de ativação, sem altera o ΔH:

Semelhanças e diferenças entre combustão da glicose e respiração celular

Os dois processos são exotérmicos, com o mesmo ΔH e apresentam a mesma equação geral :
Entretanto existem graves diferenças. A combustão da matéria orgânica não é geralmente, catalisada, necessitando de uma energia de ativação relativamente alto: uma pequena chama, por exemplo. Essa reação libera uma grande energia rapidamente, na forma de chama. Assim, essa combustão envolve temperaturas relativamente altas:

Temperaturas altas não são compatíveis com a integridade da célula. Ou seja, ela não fornecerá nenhuma chama para o processo ser iniciado, e esse processo obviamente não liberará energia nesta forma.
Perceba, abaixo, que a energia é liberada gradualmente, em várias reações, que ocorrem em locais diferentes da célula. Existe um acomplamento entre essas reações exotérmicas e a formação de ATP, ou seja, grande parte da energia liberada é mantida como energia química no ATP. (Uma parte da energia é perdida na forma de calor , o que mostra que altas taxas de respiração celular são essenciais para a endotermia).


Compare, abaixo, a energia de ativação de ambos os processos. Veja que a respiração celular apresenta menores energias de ativação , por conta da ação de enzimas, que são biocatalisadores:


A respiração celular é composta de várias reações que ocorrem em locais diferentes

Uma aparente contradição dessa comparação é a seguinte: se a respiração é um processo catalisado, por que ele é mais lento que a combustão?

Apesar de apresentarem a mesma equação global, esta reação no caso da respiração é um somatório de várias reações que ocorrem em locais e por isso em tempos diferentes da célula. Isso é vantajoso no sentido de permitir que a energia seja liberada gradualmente, já que, de outro modo, a célula seria destruída pela liberação de grande quantidade de energia de uma vez só. Abaixo, as etapas da respiração:glicólise, formação de acetil-CoA, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. Cada etapa é constituída de várias reações químicas. Perceba a formação de ATP e de NADH, que transporta hidrogênios para a cadeia respiratória:

Analise a figura abaixo que resume as principais fases:

1) Glicólise: ocorre no citosol, forma ácido pirúvico, ATP e NADH (TH, na figura, de Transportador de Hidrogenio)
2)Ciclo de Krebs: gera ATP, CO2  e NADH e FADH2 (chamados de TH na figura)
3)Cadeia respiratória: ocorre nas cristas mitocondriais, que recebem os hidrogênios transportados por NADH e FADH2 , formam ATP e H2O. Perceba que quando os Transportadores de Hidrogênio NADH e FADH2  transferem os Hidrogênios para a crista mitocondrial, eles retornam como NAD e FAD, podendo de novo  participar do ciclo de Krebs. Ou seja, NAD e FAD são reciclados na cadeia respiratória. Falaremos sobre isso em outro post.

Analise, abaixo, as figuras das questões, localizando cada um desses processos, e responda aos dois itens:


Questões

1)(PUC-MG) Observe atentamente o esquema abaixo.
5a
Com base no esquema e em seus conhecimentos sobre o assunto, assinale a alternativa incorreta.
a) Glicose e ácidos graxos são substratos importantes para iniciar as vias das reações químicas que acontecem dentro das mitocôndrias, porém a glicose não entra nessa organela.
b) A cadeia respiratória, que ocorre nas mitocôndrias, depende de oxigênio para produção de ATP e água, representada por B.
c) O Ciclo de Krebs é uma etapa comum para a oxidação completa de carboidratos e de lipídeos como os triglicerídeos ou fosfolipídios representados por A.
d) A oxidação de componentes orgânicos para a produção de NADH2 não ocorre fora da matriz mitocondrial.

2)(UEFS) A figura abaixo ilustra algumas etapas de determinadas reações oxidativas presentes em células eucarióticas.
09
Em relação a esse processo e às reações associadas a ele, é possível afirmar:
a) O processo biológico representado é o da fotossíntese e ocorre no interior dos cloroplastos.
b) As reações ilustradas da cadeia transportadora de elétrons são responsáveis por uma intensa fosforilação dependente da ação da enzima ATP sintase.
c) A figura ilustra etapas da síntese de cadeias polipeptídicas no interior do retículo endoplasmático.
d) A glicose é o principal produto resultado da redução química do CO2 utilizado como reagente da reação.
e) O gradiente de prótons gerado no interior das membranas internas garante a produção intensa de ATP a partir da energia luminosa fixada previamente pela clorofila.
.
.
.
.
.
.
.
.

Respostas
1)B  2)B


Resumindo...
Respiração celular e combustão são ambos processos de oxidação ( de transfência de elétrons), que apresentam a mesma equação geral e a mesma quantidade de energia liberada. Entretanto, a combustão demanda grande quantidade de energia de ativação e libera a energia de uma vez na forma de chama, enquanto que a respiração celular libera a energia gradualmente, em várias reações biocatalisadas, nas quais grande parte da energia é utilizada na  formação de ATP.

Clique para saber mais
.NAD...FAD...o que são eles? Sobre nucleotídeos e metabolismo energético (EM BREVE)
.NAD...FAD...reações de oxiredução ...o que são eles, parte 2: Eletroquímica da vida (EM BREVE)
.Enzimas (EM BREVE)
.Série Endotermia: quais fenômenos permitem a manutenção da temperatura corpórea? quais as diferenças entre endotérmicos e ectotérmicos? (CLIQUE!)








Nenhum comentário:

Postar um comentário

O que você quer ver no blog da Sala BioQuímica?