Metabolismo Energético

Lana Magalhães

Professora de Biologia

O metabolismo energético é o conjunto de reações químicas que produzem a energia necessária para a realização das funções vitais dos seres vivos.

O metabolismo pode ser dividido em:

• Anabolismo: Reações químicas que permitem a formação de moléculas mais complexas. São reações de síntese.
• Catabolismo: Reações químicas para a degradação de moléculas. São reações de degradação.

A glicose (C₆H₁₂O₆) é o combustível energético das células. Quando ela é quebrada libera a energia de suas ligações químicas e resíduos. É essa energia que permite a realização das funções metabólicas da célula.

ATP: Adenosina Trifosfato

Antes de entender os processos de obtenção de energia, você deve saber como a energia fica armazenada nas células até o seu uso.

Isso ocorre graças ao ATP (Adenosina Trifosfato), a molécula responsável pela captação e armazenamento de energia. Ele armazena nas suas ligações fosfatos a energia liberada na quebra da glicose.

O ATP é um nucleotídeo que tem a adenina como base e a ribose com açúcar, formando a adenosina. Quando a adenosina une-se a três radicais fosfato, forma-se a adenosina trifosfato.

A ligação entre os fosfatos é altamente energética. Assim, no momento em que a célula precisa de energia para alguma reação química, as ligações entre os fosfatos são quebradas e a energia é liberada.

O ATP é o composto energético mais importante das células.

Porém, outros compostos também devem ser destacados. Isso porque durante as reações há liberação de hidrogênio, que é transportado principalmente por duas substâncias: NAD⁺ e FAD.

Mecanismos para obtenção de energia

O metabolismo energético das células ocorre através da fotossíntese e respiração celular.

Fotossíntese

A fotossíntese é um processo de síntese da glicose a partir de gás carbônico (CO₂) e água (H₂O) na presença de luz.

Ela corresponde a um processo autotrófico realizado por seres que possuem clorofila, por exemplo: plantas, bactérias e cianobactérias. Em organismos eucariontes, a fotossíntese ocorre nos cloroplastos.

Respiração celular

A respiração celular é o processo de quebra da molécula de glicose para liberação da energia que nela se encontra armazenada. Ela ocorre na maioria dos seres vivos.

Pode ser realizado de duas formas:

• Respiração aeróbica: na presença do gás oxigênio do ambiente;
• Respiração anaeróbica: na ausência de gás oxigênio.

A respiração aeróbica ocorre através de três fases:

Glicólise

A primeira etapa da respiração celular é a glicólise, que ocorre no citoplasma das células.

Ela consiste em um processo bioquímico em que a molécula de glicose (C₆H₁₂O₆) é quebrada em duas moléculas menores de ácido pirúvico ou piruvato (C₃H₄O₃), liberando energia.

Ciclo de Krebs

Esquema do Ciclo de Krebs

O Ciclo de Krebs corresponde a uma sequência de oito reações. Ele tem a função de promover a degradação de produtos finais do metabolismo dos carboidratos, lipídios e de diversos aminoácidos.

Essas substâncias são convertidas em acetil-CoA, com a liberação de CO₂ e H₂O e síntese de ATP.

Em resumo, no processo o acetil-CoA (2C) será transformado em citrato (6C), cetoglutarato (5C), succinato (4C), fumarato (4C), malato (4C) e ácido oxalacético (4C).

O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial.

Fosforilação Oxidativa ou Cadeia Respiratória

Esquema da fosforilação oxidativa

A fosforilação oxidativa é o estágio final do metabolismo energético dos organismos aeróbicos. Ela é também responsável pela maior parte da produção de energia.

Durante a glicólise e ciclo de Krebs parte da energia produzida na degradação de compostos foi armazenada em moléculas intermediárias, como o NAD⁺ e o FAD.

Essas moléculas intermediárias liberam os elétrons energizados e os íons H⁺ que irão passar por um conjunto de proteínas transportadoras, que constituem a cadeia respiratória.

Assim, os elétrons perdem sua energia que passa a ser armazenada nas moléculas de ATP.

O saldo energético dessa etapa, ou seja, o que é produzido ao longo de toda a cadeia transportadora de elétrons é 38 ATPs.

Balanço energético da Respiração Aeróbia

Glicólise:

4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH

Ciclo de Krebs: Como existem duas moléculas de piruvato, a equação deve ser multiplicada por 2.

2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP

Fosforilação Oxidativa:
2 NADH da glicólise → 6 ATP
8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP
2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP

Total de 38 ATP's produzidos durante a respiração aeróbia.

A respiração anaeróbica possui como exemplo mais importante a fermentação:

Fermentação

A fermentação consiste apenas na primeira etapa da respiração celular, ou seja, a glicólise.

A fermentação ocorre no hialoplasma, quando não há disponibilidade de oxigênio.

Ela pode ser dos seguintes tipos, conforme o produto formado pela degradação da glicose:

Fermentação alcoólica: As duas moléculas de piruvatos produzidas são convertidas em álcool etílico, com a liberação de duas moléculas de CO₂ e a formação de duas moléculas de ATP. É usado para produção de bebidas alcoólicas.

Fermentação lática: Cada molécula de piruvato é convertida em ácido lático, com formação de duas moléculas de ATP. Produção de ácido lático. Ocorre nas células musculares quando há um esforço excessivo.

Saiba mais, leia também:

• Metabolismo
• Anabolismo e Catabolismo
• Metabolismo Celular
• Reações químicas
• Bioquímica
• ATP

Exercícios de Vestibular

1. (PUC - RJ) São processos biológicos relacionados diretamente a transformações energéticas celulares:

a) respiração e fotossíntese.
b) digestão e excreção.
c) respiração e excreção.
d) fotossíntese e osmose.
e) digestão e osmose.

2. (Fatec) Se as células musculares podem obter energia por meio da respiração aeróbica ou da fermentação, quando um atleta desmaia após uma corrida de 1000 m, por falta de oxigenação adequada de seu cérebro, o gás oxigênio que chega aos músculos também não é suficiente para suprir as necessidades respiratórias das fibras musculares, que passam a acumular:

a) glicose.
b) ácido acético.
c) ácido lático.
d) gás carbônico.
e) álcool etílico.

3. (UFPA) O processo de respiração celular é responsável pelo(a)

a) consumo de dióxido de carbono e liberação de oxigênio para as células.
b) síntese de moléculas orgânicas ricas em energia.
c) redução de moléculas de dióxido de carbono em glicose.
d) incorporação de moléculas de glicose e oxidação de dióxido de carbono.
e) liberação de energia para as funções vitais celulares.

Lana Magalhães

Licenciada em Ciências Biológicas (2010) e Mestre em Biotecnologia e Recursos Naturais pela Universidade do Estado do Amazonas/UEA (2015). Doutoranda em Biodiversidade e Biotecnologia pela UEA.