A energia é liberada quando a ligação entre a base adenina e o açúcar é quebrada.

Rubens Castilho

Professor de Biologia

O ATP é uma molécula com a função de armazenar e liberar energia de forma temporária para que as células de um organismo desempenhem suas atividades.

É mais conhecida na biologia pela sigla ATP que significa adenosina trifosfato ou trifosfato de adenosina. É composta por um açúcar chamado ribose, uma base nitrogenada denominada adenina e três radicais de fosfato.

A glicose, utilizada para produção do ATP, é um açúcar produzido pelas plantas que são seres autótrofos, ou seja, produzem sua própria fonte de energia.

Esse açúcar com 6 átomos de carbono sofre reações químicas no interior das células. No citoplasma o processo é conhecido por fermentação e nas mitocôndrias como respiração celular. Ao término de ambos são formadas novas moléculas de ATP.

Função e produção do ATP

A principal função do ATP é armazenar e liberar energia no local que precisar. Por exemplo, para um aparelho celular funcionar é necessária a carga de sua bateria. Com a bateria carregada é possível utilizá-lo, pois a energia é fornecida por ela. O mesmo acontece com o ATP, essa molécula é similar a uma mini bateria.

A energia é liberada quando a ligação entre a base adenina e o açúcar é quebrada.
A energia é liberada quando a ligação entre a base adenina e o açúcar é quebrada.
ATP: A bateria biológica

Para formar o ATP as células recorrem à fermentação ou a respiração celular. Existem dois tipos de fermentação, ambas produzem apenas 2 moléculas de ATP e geralmente ocorrem em microrganismos (bactérias e fungos). Porém, a fermentação também ocorre em células humanas, como as musculares (fermentação láctica).

  • Fermentação alcoólica: Glicose → álcool etílico + CO2 + 2 ATP;

  • Fermentação láctica: Glicose → ácido láctico + 2 ATP.

A respiração celular, por outro lado, produz um saldo de 38 moléculas de ATP e necessita de oxigênio para acontecer. Contudo, em células dos tecidos muscular esquelético e nervoso, o saldo final é de 36 moléculas de ATP.

  • Respiração celular: Glicose + O2 → CO2 + H2O + 38 ou 36 ATP.

Alguns autores sugerem que, na prática, o saldo final de ATP não é sempre 38, mas pode variar entre 30 ou 32 moléculas.

Quando a glicose é quebrada, a energia é liberada e armazenada formando o ATP. Uma sequência de reações químicas ocorrem para a extração dessa energia e elas são:

  • Glicólise;
  • Ciclo de Krebs;
  • Fosforilação Oxidativa ou Cadeia Respiratória.

Quantidade de ATP produzido por molécula de glicose
Fase Local da célula Moléculas de ATP formadas
Glicólise Citoplasma 2
Ciclo de Krebs Matriz Mitocondrial 2
Cadeia Respiratória Membrana da Crista Mitocondrial 34
Saldo Final 38

Saiba mais: Metabolismo Energético

Quando precisa ocorrer atividade, a molécula de ATP sofre reação de hidrólise (quebra da molécula em presença de água). Por ser uma reação exergônica libera alta quantidade de energia, cerca de 7 kcal/mol, de um dos fosfatos. Após a perda de um fosfato a molécula se transforma em ADP ou Difosfato de Adenosina.

  • Reação de hidrólise do ATP: ATP + H2O → ADP + Pi + energia livre.
A energia é liberada quando a ligação entre a base adenina e o açúcar é quebrada.
ADP: Adenosina Difosfato

Composição química do ATP

A molécula do ATP é composta por uma base nitrogenada chamada adenina, um açúcar de 5 carbonos denominado ribose e três radicais de fosfato.

A ligação química entre a adenina e a ribose chama-se adenosina e os 3 grupos fosfatos formam o trifosfato. Por este motivo a molécula se chama trifosfato de adenosina ou adenosina trifosfato. E é justamente nas ligações de fosfato que são armazenadas as energias livres.

A energia é liberada quando a ligação entre a base adenina e o açúcar é quebrada.
ATP: Adenosina Trifosfato

A formação do ATP: ADP + Pi

É comum a existência de ADP e fosfato inorgânico (Pi) no citoplasma das células. Quando ocorre hidrólise da glicose, uma quantidade de energia é liberada e armazenada na ligação entre ADP e Pi formando ATP.

Veja a reação:

Portanto, o ADP em ligação com o Pi forma uma estrutura orgânica que contém 3 fosfatos, logo, o trifosfato de adenosina. É por este motivo que o ATP armazena energia temporariamente, pois a todo momento ele a acumula e a libera para que as células desempenhem suas funções.

Veja também:

MACHADO, V. G.; NOME, F. Compostos fosfatados ricos em energia. Química Nova, v. 22, n. 3, p. 351–357, 1999.

UZUNIAN, A.; BIRNER, E. Biologia: volume único. 3a ed. São Paulo: Harbra, 2008.

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.

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.

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

A energia é liberada quando a ligação entre a base adenina e o açúcar é quebrada.
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

A energia é liberada quando a ligação entre a base adenina e o açúcar é quebrada.
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:

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:

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.

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a) respiração e fotossíntese.

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.

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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.

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e) liberação de energia para as funções vitais celulares.