ATP e respiração

RKA1JV - Olá, estou na academia. Eu não sei por que você está aqui, mas eu vou fazer algumas flexões. Se você quiser, pode se juntar a mim. Eu não estou fazendo isso só para me mostrar ou algo parecido. Estou fazendo isso pela ciência, ok? Você viu o que aconteceu? Meus braços se moveram, meus ombros se moveram, meus músculos das costas e do estômago se moveram. Meu coração começou a bombear o sangue para todos esses diferentes lugares. Incrível, não acha? Entender como nós produzimos e usamos energia é muito parecido com esportes ou outros tipos de exercício. Pode ser trabalhoso e um pouco complicado, mas, se você fizer isso direito, no final, os resultados são incríveis. Mas, ao contrário de bater uma bola com taco, isso é tão maravilhosamente complicado e incrível, que nós ainda estamos desvendando os mistérios de como isso funciona. E isso tudo começa com uma molécula magnífica que é uma das nossas melhores amigas, ATP. Hoje, nós vamos falar sobre energia e o processo com o qual nossas células e também outras células animais possam produzir energia. A respiração celular é o método que utilizamos para obter energia dos alimentos que comemos, especificamente a partir da glicose. Já que a maior parte do que comemos se transforma em glicose. Essa é a fórmula química da molécula de glicose. Para transformar a glicose em energia, precisamos adicionar alguns oxigênios. Seis moléculas dele, para ser exato. Através da respiração celular, vamos transformar essa glicose e esse oxigênio em seis moléculas de CO₂, seis moléculas de água e alguma energia que gastamos quando estamos fazendo flexão. Até aqui está tudo bem, mas há uma coisa: nós não podemos apenas usar essa energia para correr uma maratona ou algo do tipo. Primeiro, nossos corpos têm que transformar essa energia em uma forma específica de energia armazenada chamada ATP ou adenosina trifosfato. Provavelmente, você já ouviu falar dela. As pessoas geralmente se referem ao ATP como uma moeda de energia biológica. Pense nela como o real. Com ele, podemos fazer compras ou trocá-lo por outra moeda, como o iuan da China ou as rubias da Índia. Assim, podemos comprar qualquer coisa mesmo que seja outro tipo de dinheiro. O mesmo acontece com a energia. Para que possamos utilizá-la, nossas células precisam de energia para ser transformada em adenosina trifosfato. E assim podemos crescer, nos mover, gerar impulsos elétricos em nossos nervos e cérebro. Ou seja, para fazer tudo. Há algum tempo, por exemplo, nós falamos sobre como algumas células usam ATP para transportar alguns tipos de materiais para dentro e fora de suas membranas. Para refrescar sua memória sobre isso, você pode assistir a essa aula aqui. Agora, antes de você ver como o ATP é formado, vamos ver como as células podem ganhar dinheiro com a energia que já têm. A adenosina trifosfato é constituída por uma base nitrogenada chamada adenina ligada ao açúcar chamado ribose, que, por sua vez, se liga a três grupos fosfatos. Agora, uma coisa que você precisa saber sobre esses três grupos fosfatos é que eles estão super desconfortáveis ligados um ao outro juntos em uma fileira como essa. Como se fossem três crianças em um ônibus que odeiam ter que compartilhar o mesmo assento. Por causa disso, o grupo fosfatos são companhias terríveis um para o outro. E o ATP é capaz de fazer um truque muito legal em que ele retira um dos grupos fosfato gerando ADP ou adenosina difosfato. E agora, há apenas duas crianças sentadas no banco do ônibus. É nessa reação que um dos grupos fosfato é retirado da molécula que a energia é liberada. Como há muitas moléculas de água apenas flutuando ao redor, o OH emparelhado que é chamado hidroxila, de um dos H₂O, vem e ocupa o lugar desse terceiro grupo fosfato. E assim todo mundo fica muito mais feliz. Quando usamos água para quebrar um composto como este, chamamos essa reação de hidrólise. "Hidro" de água, "elise" da palavra grega separar. Agora que nós já sabemos como o ATP é gasto, vamos ver como ele é produzido. Novamente, pela respiração celular. Como eu disse, tudo começa com oxigênio e glicose. Na verdade, os livros didáticos dizem que, através da respiração celular, uma molécula de glicose pode produzir um pouco de calor e 38 moléculas de ATP. Mas só para constar, esse número só acontece no melhor cenário, normalmente chega mais próximo de 29 ou 30 ATP. Mas isso não é importante agora. As pessoas ainda estão estudando essas coisas. Então, vamos ficar com esse número 38. A respiração celular não é algo que acontece tudo de uma vez. A glicose é transformada em ATPs em três etapas separadas: glicólise, ciclo de Krebbs e a cadeia de transporte de elétrons. Tradicionalmente, essas etapas são descritas como uma antecedendo a outra, mas, em nossas células, as coisas costumam acontecer ao mesmo tempo. Por tradição, vamos começar com a primeira etapa: a glicólise ou a decomposição da glicose. A glicose obviamente é um açúcar, você sabe disso porque tem o “ose” no final do nome dela. A glicólise é a quebra do anel de seis carbonos da glicose em duas moléculas com 3 carbonos chamadas de ácido pirúvico ou molécula de piruvato. Agora, para explicar exatamente como a glicólise ocorre, eu precisaria de uma hora do seu tempo e um elenco gigantes de fantoches de dedo, cada um como sendo uma enzima diferente. E, mesmo sabendo que dói fazer isso, eu teria que usar palavras como fosfoglicoisomerase. Uma maneira mais simples de explicar esse processo é fazendo essa relação. Se você quer fazer algum dinheiro, você tem que gastar algum dinheiro. A glicólise precisa de um investimento de 2 ATPs para trabalhar e no final gera 4 ATPs. Isso nos dá um lucro líquido de 2 ATP. Além desses 4 ATP, a glicólise resulta em 2 piruvato E dois compostos super ricos em energia chamados NADH que são como os filhotes da vitamina B, chamado NAD+. Só que com elétrons energizados e um hidrogênio, que criam reservas de energia que mais tarde serão aproveitados para gerar ATP. Para nos ajudar a entender todas essas coisas incríveis que estamos fazendo aqui, vamos fazer um placar. Até agora criamos duas moléculas de ATP e duas moléculas de NADH e será usado posteriormente para a produção de mais ATP. Agora, uma coisa sobre o oxigênio. Como eu falei, o oxigênio é necessário durante todo o processo da respiração celular, mas não em todas as fases. A glicólise, por exemplo, pode ocorrer na ausência de oxigênio o que o torna um processo anaeróbico. Na ausência de oxigênio, os piruvatos formados na glicólise são reintroduzidos em um processo chamado fermentação. Se não houver oxigênio na célula, ela precisa de mais do que NAD+ para manter a glicólise em andamento. Assim, a fermentação libera alguns NAD+ que irão gerar alguns subprodutos bem interessantes. Por exemplo, em organismos como as leveduras, o produto da fermentação é o álcool etílico, que é a mesma coisa que todas essas lindas coisas. Mas, felizmente para a nossa produtividade no dia a dia, nossos músculos não produzem álcool quando eles não recebem oxigênio suficiente. Se esse fosse o caso, trabalhar nos deixaria bêbados, o que não seria nada legal. Em vez de álcool etílico, eles produzem ácido lático, ele que nos faz sentir dores depois desses treinos absurdos que eu estou fazendo aqui. Então, os nossos músculos usam todo o oxigênio que têm para conseguir fazer a respiração anaeróbica e obter a energia que precisam. E nós vamos ter todo esse ácido lático corroendo no nosso tecido muscular. Vamos voltar ao placar: nós produzimos duas moléculas de ATP através da glicólise, mas nossas células precisam de oxigênio para produzir outras 30 moléculas que precisamos. Isso porque os próximos dois estágios da respiração celular, o ciclo de Krebbs e a cadeia de transporte de elétrons, são ambos aeróbicos. O que significa que eles requerem oxigênio e assim chegamos à próxima etapa da respiração celular. Após a glicólise, ocorre o ciclo de Krebbs. Assim, enquanto a glicólise ocorre no citoplasma ou no meio fluido dentro da célula, onde encontramos todas as organelas, o ciclo de Krebbs ocorre ao longo da membrana interna da mitocôndria. Que são, geralmente, consideradas o centro de comando da célula. O ciclo de Krebbs pega os produtos de glicólise, aqueles ricos em carbono, os piruvatos e os reutiliza para criar mais dois ATPs por moléculas de glicose. Além de alguma energia e um par de outras coisas das quais vou falar a respeito em um minuto. Veja como: Primeiro, um dos piruvatos é oxigenado, o que basicamente significa que é combinado com oxigênio. Um dos carbonos da cadeia de três carbonos ligado com uma molécula de oxigênio deixa a célula como CO₂. O que resta é um composto chamado acetilcoenzima A ou acetyl coA. Então, um NAD+ se junta, pega o hidrogênio e se torna NADH. Assim, nossos dois piruvatos criam outras duas moléculas de NADH para serem usadas mais tarde. Como na glicólise, e em tudo mais em nossas vidas, as enzimas são essenciais. Elas são as proteínas que reúnem as coisas de que precisamos para reagir uns com os outros. E eles fazem isso de um jeito certo. Essas enzimas, por exemplo, unem o fosfato com o ADP para criar outro ATP para cada piruvato. As enzimas também ajudam a unir o acetyl-CoA a uma molécula de 4 carbonos chamada ácido oxaloacético, eu acho que é assim que se pronuncia. Juntos, eles formam uma molécula de seis carbonos chamada ácido cítrico. Eu tenho certeza que é assim que se pronuncia porque isso mesmo é o que temos no suco de laranja. Uma curiosidade: o ciclo de Krebbs também é conhecido como ciclo de ácido cítrico por causa desse subproduto. Contudo, normalmente nos referimos a ele pelo nome do homem que observou tudo isso: Hans Krebbs. Um cirurgião de orelha, nariz e garganta que fugiu da Alemanha nazista para ensinar bioquímica em Cambridge, onde observou esse incrível e complexo ciclo em 1937. Por ter sido um grande gênio, foi premiado com o Prêmio Nobel de medicina em 1953. O ácido cítrico é oxigenado em um grupo de etapas intrincadas cortando carbonos da esquerda e da direita para eventualmente voltar a ser ácido oxaloacético. Porque, como o nome já diz, ciclo de Krebbs é um ciclo. Como os carbonos são clivados do ácido cítrico, há resíduos na forma de CO₂, ou dióxido de carbono, que são exalados pela célula e logicamente por você. Você e eu, enquanto continuamos nossa existência como pessoas, estamos exalando os produtos do ciclo de Krebbs. Bom trabalho. Neste vídeo, por sinal, estou gastando um monte de ATP. Agora cada vez que o carbono sai do ácido cítrico, energia é produzida, mas não é ATP. Ela é armazenada em uma forma diferente de pacote molecular. Aqui é quando voltamos para o NAD+ e o seu colega FAD. O NAD+ e o FAD são pequenas enzimas que estão relacionadas às vitaminas do complexo B. Derivados de niacina e riboflavina que você pode ter visto na aula de vitaminas. Essas vitaminas B são boas em comportar os elétrons de alta energia e manter essa energia até ela poder ser liberada mais tarde na cadeia de transporte de elétrons. Na verdade, eles são tão bons nisso que eles aparecem em muitas formulações de pós-vitamínicos de alta energia que as crianças estão tomando hoje em dia. NAD+ de FAD são como baterias, grandes pilhas estranhas que pegam hidrogênio e elétrons energizados de cada piruvato, que como efeito são carregadas. Adição de hidrogênio transforma em NADH E FADH₂ respectivamente. Cada piruvato produz 3 NADH e um FADH₂ por ciclo. Uma vez que cada glicose foi dividida em dois piruvatos, cada molécula de glicose pode produzir 6 NADH e 2 FADH₂. O objetivo principal do ciclo de Krebbs é produzir esses compostos para a etapa seguinte e final: a cadeia de transporte de elétrons. Agora chegou a hora que você deve estar se perguntando: “Mas, por santa Clarita Diet, Hank nós não estamos vendo como o ATP é produzido!” Nós estamos fazendo isso, chefe. Por que a pressa? Galera, sua paciência está finalmente gerando algum dinheiro, porque quando se trata de gerar ATP, a cadeia de elétrons é um banco. Em uma célula normal, ela pode gerar um total de 34 ATPs. Você se lembra de todos aqueles NADH e FADH₂ que fizemos no símbolo de Krebbs? Seus elétrons vão fornecer energia que funcionará como uma bomba ao longo do canal da cadeia de proteínas, através da membrana interna das mitocôndrias onde ocorreu o ciclo de Krebbs. Essas proteínas vão trocar esses elétrons para enviar prótons de hidrogênio de dentro do centro das mitocôndrias, através da membrana interna, para o exterior do compartimento das mitocôndrias. Mas, uma vez que estão do lado de fora, os prótons querem voltar para o outro lado da membrana interna porque há um monte de outros prótons lá fora. Como aprendemos, a natureza sempre tende a procurar o equilíbrio agradável e tranquilo em ambos os lados de uma membrana. Então, todos esses prótons são novamente transportados para o centro da mitocôndria por uma proteína chamada ATP sintase. E a energia conduzida por esse fluxo de prótons, esse mecanismo de giro louco aperta alguns ADPs e alguns fosfatos, para formar ATP. Assim, os elétrons dos 10 NADH que saem do ciclo de Krebbs têm energia suficiente para produzir aproximadamente 3 ATPs cada. E não podemos esquecer dos nossos amigos FADH₂. Tem dois deles, e eles produzem 2 ATPs cada. E voilá! É assim que as células animais em todo o mundo produzem ATP. Através da respiração celular. Agora só para verificar, vamos reiniciar o nosso contador de ATP e fazer as contas para uma única molécula de glicose. Nós geramos 2 ATPs para cada piruvato produzido durante a glicólise, geramos mais 2 durante o ciclo de Krebbs, e, então, durante a cadeia de transporte de elétrons, geramos cerca de 34. E isso é apenas para uma das moléculas de glicose. Agora, imagine o quanto seu corpo faz e usa todos os dias.