Oxidação e redução na respiração celular

RKA3JV Agora, que fizemos uma pequena revisão do que aprendemos sobre oxidação e redução, vejamos se podemos aplicar o que tenhamos entendido melhor sobre respiração celular. Na respiração celular, para cada mol de glicose, C₆H₁₂O₆, combinamos que ela deve estar em um estado aquoso, foi dissolvido em água. Reagimos isto com 6 mols de O₂. E nossas células realizam a respiração celular em toda uma série de etapas. Farei mais vídeos sobre este assunto, só vou resumir. Respiração celular. E, então, terminamos com 6 mols de dióxido de carbono. Temos que inspirar este oxigênio para realizar a respiração celular e temos que expirar esse dióxido de carbono, porque se trata simplesmente de um subproduto da respiração celular. 6 mols de dióxido de carbono, 6 mols de água. E toda a questão da respiração celular se resume a um pouco mais de energia que é gerada por esta reação. E nossos corpos armazenam esta energia, outros apenas a transformam em calor. Mas toda a questão da respiração celular se resume em armazenar essa energia como 38 ATPs, que já aprendemos que é a moeda energética dos sistemas biológicos. Nossos corpos ou sistemas biológicos em geral podem usar esses ATPs para contrair músculos, gerar impulsos nervosos, cultivar células ou dividi-las, ou qualquer outra coisa que um sistema biológico tem que fazer. No último vídeo aprendemos um pouco sobre oxidação e redução, então vamos aplicar aquelas ideias aqui. Vimos no último vídeo que um químico diria, vamos colocar desta forma, um químico diria que, oxidação significa perder elétrons ou não ser capaz de consumi-los todos. Um químico diria a vocês que redução é ganhar elétrons. E se vocês não conseguem lembrar, oxidação é perder, lembre-se de OPL. Oxigênio perde elétrons, este é o mnemônico. O oxigênio perde elétrons, redução é ganhar ou REG, redução é ganhar. Portanto, basta lembrar de OPL e REG. Foi isso que vocês aprenderam na aula de Química. Já os biólogos ou bioquímicos diriam: "bom, vocês sabem, eu prefiro definir isto de uma forma diferente". Um biólogo diria que a oxidação é perder átomos de hidrogênio, e diriam que redução é ganhar átomos de hidrogênio. E vimos, no último vídeo, que essa definição fica muito difícil quando a aplicamos ao hidrogênio, porque não é como se um átomo de hidrogênio pudesse perder ou ganhar a ele mesmo. E a razão pela qual dissemos que essas duas ideias são coerentes, é porque se eu estou falando sobre um carbono, e um carbono está perdendo um hidrogênio, então digamos que eu tenha um composto que se parece com isso, pode ser que esse composto esteja conectado a uma série de outras coisas em algum outro lugar. E mais tarde, no carbono, digamos que eu tenha um carbono que se parece com este e que há oxigênio que pode estar ligado a outro oxigênio. Eu estou dando uma explicação meio confusa aqui, mas talvez este oxigênio esteja ligado à outra coisa. Foi com isso que eu comecei e no outro lado dessa equação terminei com algo parecido com isso, onde um carbono está ligado a um oxigênio e este outro oxigênio está ligado a este hidrogênio. O biólogo diria: "ah, esse carbono foi oxidado, porque perdeu seu hidrogênio". O hidrogênio foi daqui, farei isso com uma cor diferente, foi deste carbono para este oxigênio. E o biólogo também diria que este oxigênio foi reduzido. O oxigênio foi reduzido, porque ganhou hidrogênios. Mas, na realidade, ou talvez pela definição dos químicos que eu gosto um pouco mais, é porque o carbono é mais eletronegativo. Como podemos ver o carbono é muito mais eletronegativo do que o hidrogênio, e oxigênio é ainda mais do que o carbono. Quando qualquer um deles se liga ao hidrogênio, eles consumirão um elétron. Portanto, aqui o carbono tem que consumir o elétron. Portanto, aqui o carbono consome os elétrons, enquanto aqui o carbono têm seus elétrons consumidos pelo oxigênio, é o oxigênio que consome. Portanto, ao perder o hidrogênio, o carbono perde a oportunidade de consumir elétrons e como ele acaba se ligando a um oxigênio, ele não apenas não consome elétrons do hidrogênio como tem seus elétrons consumidos por um átomo ainda mais eletronegativo, e é por isso que essas duas definições são coerentes. O mesmo ocorre com o oxigênio, aqui o oxigênio se liga a outro oxigênio sem consumir nada, mas quando ele ganha o hidrogênio, ele é capaz de consumir os elétrons do hidrogênio, porque o oxigênio é muito mais eletronegativo, ou se pode dizer que o oxigênio está ganhando elétrons, e é por isso que essas duas definições são um tanto coerentes. Embora, algumas vezes, essas definições não se sustentem se não estivermos lidando com hidrogênio. A definição dos químicos se aplica de forma mais coerente a todas as situações. Mas, algumas vezes, a definição dos biólogos é mais fácil de visualizar ou encontrar essa definição nos livros. Voltemos, então, à respiração celular e tentemos imaginar o que está sendo oxidado e o que está sendo reduzido. Se olharmos aqui temos nossa glicose, na verdade eu copiei e colei da Wikipédia uma molécula de glicose. Na verdade, tem um erro aqui e talvez eu deva corrigi-lo na Wikipédia, deveria haver outro hidrogênio ligado a este carbono bem aqui. Mas, como vocês podem ver, todos os hidrogênios também estão ligados a um oxigênio ou a um carbono. No lado esquerdo, eles também estão ligados a um oxigênio ou a um carbono. Se escrevêssemos sobre o estado de oxidação, ele está ligado a algo que é mais eletronegativo. Portanto, desistirá dos seus elétrons e, portanto, teremos o estado de oxidação mais um. E o oxigênio, em todos os casos, também está ligado a um carbono ou a um hidrogênio. Se o oxigênio está ligado a um carbono ou a um hidrogênio, ele vai consumir um elétron de qualquer um deles. Portanto, em todas as situações da glicose, o oxigênio tem um estado de oxidação -2 ou 2 negativo. E o carbono, como tudo isso é neutro, pode se pensar que o carbono possui um estado de oxidação neutro. E se vocês continuarem nessa linha, vão descobrir que a maior parte desses carbonos possuem estado de oxidação neutro. Vamos ver de outra forma! Este carbono está consumindo um elétron desse hidrogênio, mas ele tem um elétron consumido por esse oxigênio e é claro que isso não afeta o carbono. Portanto, ele é neutro. Este pela mesma razão, este é neutro pela mesma razão e este também pela mesma razão, ele está ligado a dois carbonos e o seu elétron é consumido pelo oxigênio. Mas ele consome um elétron de hidrogênio, portanto, fica neutro. Assim os quatro desses carbono são neutros. Este aqui tem dois elétrons consumidos pelos oxigênios e, então, ele tem que pegar um de volta do hidrogênio e assim ele tem estado de oxidação +1. Com este acontece o contrário, ele tem dois hidrogênios que ele consome, então ele tem que se desfazer de um para o oxigênio, portanto este tem -1 e estes dois se neutralizam. Na média, pode se dizer que, os carbonos na glicose têm um estado de oxidação neutro. Estou tratando da definição química e vou mostrar a vocês que elas são equivalentes. Aqui nenhum dos outros oxigênios têm este estado de oxidação, porque eles acabaram de se ligar. Deixe-me fazer isso com uma cor melhor. Nenhum estado de oxidação ou estado de oxidação neutro, porque eles estão duplamente ligados ao oxigênio. Ninguém consome de ninguém, eles são, obviamente, igualmente eletronegativo. Se olharmos para os produtos, o dióxido de carbono se parece com isso. Em qualquer um destes casos, o oxigênio está consumindo 2 elétrons deste carbono. Portanto, este tem um estado de oxigênio de -2, este oxigênio está consumindo 2 elétrons do carbono, portanto ele tem um estado de oxidação -2. Está conseguindo todos os seus elétrons da valência, todos os 4 consumidos pelo oxigênio. Ele ficou com o estado de oxidação +4, ele perdeu 4 elétrons, porque estão sendo consumidos. Portanto, este é o carbono. Podemos escrevê-lo como +4 para o carbono. E então, cada oxigênio tem -2 e podemos fazer os cálculos mais tarde para descobrir qual é o total. Se olharmos para a água, já olhamos para ela antes, o oxigênio está consumindo 2 elétrons, um de cada hidrogênio, portanto, -2. Cada um dos hidrogênios tem um estado de oxidação de +1. Se você deseja fazer metade da reação para a respiração celular, e sob o ponto de vista dos químicos, lidar apenas com elétrons, você pode dizer: "eu começo com 12 hidrogênios deste lado". Vou escrever isso desta forma. O H₁₂ deste lado, todos eles têm um estado de oxidação +1 e, em seguida ocorre a respiração celular. Agora, eu tenho 12 hidrogênios, poderia escrever o 12 um pouco diferente, mas eles ainda têm mais um, cada um deles ainda tem um estado de oxidação +1. Portanto, nada, do ponto de vista de uma redução da oxidação, acontece ao hidrogênio. Agora, se fizermos o carbono, no lado esquerdo da equação temos 6 carbonos, eles têm um estado de oxidação neutro. Mas, então o que acontece do lado direito da equação? Eu tenho 6 carbonos, escritos de forma um pouco diferente, mas tenho 6 carbonos. E cada um deles tem um estado de oxidação +4, o que significa que eles perderam 4 elétrons, ou sua carga hipotética ao perder estes 4 elétrons aumentou para 4, porque eles estão perdendo elétrons carregados negativamente. Portanto, os 6 carbonos, depois da respiração celular, terminam com 6 carbonos oxidados, com o estado de oxidação +4. Além disso, cada um desses perdeu 4 elétrons. Nós temos 6 destes, 4 vezes 6 é igual a 24 elétrons. Estes são os elétrons que o carbono perdeu. Portanto, vimos na respiração celular que o carbono foi oxidado. O oxigênio perde elétrons, vimos na respiração celular, nós desenhamos metade da reação. O carbono está perdendo, os 6 carbonos estão perdendo um total de 24 elétrons. E então, finalmente, se eu tivesse que fazer o oxigênio deste lado... Perdi minha equação aqui em cima. Então, aqui eu tenho 2 oxigênios. Vou desenhá-los um pouco separados. Então, eu tenho estes 6 oxigênios a um estado de oxidação -2, no lado esquerdo. Então, vou desenhá-lo assim. Eles têm um estado de oxidação -2 e depois eu tenho estes 12 oxigênios que são completamente neutros. E eu não vou nem mesmo escrever um estado de oxidação ou o número de oxidação ali, tá bom? E então, depois de realizarmos a respiração celular, o que acontece? Bom, agora eu tenho no dióxido de carbono, tenho 12 carbonos com um estado de oxidação -2. 6 vezes O₂. Deixe-me escrever isso sobre o dióxido de carbono. Então, tenho 6 O₂ e todos eles com o estado de oxidação negativo. E depois eu tenho outros 6 oxigênios com o estado de oxidação -2. Portanto, +6 oxigênios com o estado de oxidação -2. Se você pensar a respeito, eu tive um estado de oxidação total em todos os oxigênios, estes eram neutros. Tenho 6 vezes -2 o que é igual a -12, você pode ver isso como carga total de todos os 6. 6 vezes -2. Aqui eu tenho, 6 vezes -2 que é igual a -12. E então, tenho 6 vezes 2 oxigênios por molécula e isso é 12 vezes -2, o que é igual a -24. Para ir de -12 para uma oxidação total, ou um tipo de carga hipotética que -36, eu tenho que ter ganhado 24 elétrons. E estes 24 elétrons que eu ganhei, que os oxigênios ganharam, são os mesmos 24 elétrons que os carbonos perderam. Então, do ponto de vista da Química fica bem claro, o carbono foi oxidado, e o oxigênio que ganhou elétrons. Lembra? Redução é ganhar, o oxigênio foi reduzido. Isso é uma pequena revisão, tá legal? Mas é bom ver isso no contexto da respiração celular. E isso, na verdade, é como responder a uma das perguntas sobre de onde vem essa energia. Em qualquer uma dessas reações químicas, quando energia é produzida, é porque os elétrons estão passando de um estado de maior energia para um estado de menor energia. Se eu tenho um elétron aqui, em um estado de energia alta, e é capaz de passar para um estado mais confortável, para uma órbita menor ou com menos energia, portanto, menos energia ou estado de energia mais estável, será gerada energia na forma de calor, ou algum trabalho de alguma forma e ajudar a criar moléculas de ATP. Quando veem essas reações pela metade, vocês veem estes 24 elétrons que estão sendo perdidos pelo carbono, o carbono está sendo oxidado e estão passando para o oxigênio. Fazem isso em uma série de etapas, isso não acontece apenas em uma enorme explosão, acontece durante uma série de etapas. E à medida que isso acontece, os elétrons entram em estados de energia cada vez menores e quando estes elétrons entram em estados de menor energia, basicamente, ao passarem dos carbonos e serem empurrados para os oxigênios é daí que vem a energia. É daí que vem a energia para criar os 38 ATPs. Então, até agora falamos um pouco sobre como um químico vê a oxidação. Eu abordei, no início do vídeo, como um biólogo vê a oxidação. E depois, vimos que a respiração celular do ponto de vista de um químico é mostrar claramente que o carbono está sendo oxidado, ele está perdendo elétrons, e que o oxigênio está sendo reduzido, está ganhando elétrons. Está sendo reduzido. Estes elétrons estão passando deste carbono, principalmente, para estes oxigênios bem aqui. E agora, como a definição da Biologia de nossa posição se sustenta? Bom, aqui ela se sustenta muito bem, porque podem imaginar aqui que todos os hidrogênios da equação estão associados à glicose. E também estão ligados, se vocês olharem para a estrutura da glicose, os hidrogênios estão ligados tanto aos carbonos como aos oxigênios. Portanto, estão ligados aos carbonos e oxigênios. E quando você vai para o lado direito da equação, todos os hidrogênios estão ligados apenas ao oxigênio. Portanto, o carbono perdeu hidrogênios, e os hidrogênios e o oxigênio ganharam hidrogênios. Deixe-me escrever isso. Vemos que, na respiração, o carbono perdeu hidrogênios e o oxigênio ganhou hidrogênios. E isso é coerente, porque vemos que ao perder hidrogênio, estamos sendo oxidados, do ponto de vista de um biólogo. E ao ganhar hidrogênios, o oxigênio está sendo reduzido e só assim vocês podem ver algum sentido nisso. Quando vocês veem que... eu vou começar a desenhar o mecanismo, que eu espero não estar muito cabeludo. Este processo de transferir estes hidrogênio é facilitado por moléculas como NAD e FAD. E veremos isso! Se quisermos apenas conciliar as duas noções, como os hidrogênios estão sendo transferidos de um átomo eletronegativo para outro átomo eletronegativo, o que realmente está sendo transferida é a oportunidade de consumir elétrons. Se o carbono tem um hidrogênio, ele consome os elétrons, mas se este hidrogênio passa do carbono e todo o átomo, não só o núcleo, mas todo o átomo passa para o oxigênio, ele ganhou este elétron que pode consumir, e o carbono perdeu o elétron. Portanto, o carbono foi oxidado e o oxigênio reduzido. E eu mencionei isso em vídeos anteriores, mas provavelmente a coisa mais confusa sobre oxidação é que vocês sempre gostam de dizer que ela deve ter alguma coisa a ver com o oxigênio. E tem mesmo! A palavra realmente vem do que o oxigênio faria a alguma coisa. Portanto, o oxigênio quando se liga às coisas, ele perde, ele doa seus elétrons, ou, em uma reação, ele normalmente tira os hidrogênios. Ele tirou os hidrogênios do carbono nesta situação, e é daí que vem o termo oxidação. Mas, não é preciso ter oxigênio em qualquer lugar da sua reação para que ocorra uma oxidação ou uma redução. Em todo caso, espero que achem isso razoavelmente útil. Este ponto era complicado para mim quando eu aprendi. E me senti confortável com a definição de oxidação e redução dada pela Química. Seu livro de Biologia pode falar sobre perder e ganhar hidrogênios, ao contrário de elétrons. Eu demorei um pouquinho para conciliar estas duas noções.