As células precisam de energia constantemente. A energia química dos nutrientes, sobretudo da glicose, é transferida para o ATP, a molécula que fornece energia a quase todos os processos celulares. Existem dois grandes caminhos: fermentação (sem oxigénio) e respiração aeróbia (com oxigénio).
Glicólise: a etapa comum
A glicólise ocorre no citoplasma, não precisa de oxigénio e é comum à fermentação e à respiração aeróbia. Uma molécula de glicose (seis carbonos) é transformada em duas moléculas de piruvato (três carbonos). O balanço é de 2 ATP (ganho líquido) e 2 NADH. Como é um processo exoenergético, parte da energia fica no ATP e o resto no NADH.
Fermentação
Se não há oxigénio, o piruvato é transformado no citoplasma, o que permite regenerar o NAD+ necessário para que a glicólise continue. A energia total obtida é apenas a da glicólise, ou seja, 2 ATP por glicose.
- Fermentação alcoólica: o piruvato origina etanol e CO2. É realizada por leveduras e é usada no fabrico de pão (o CO2 faz a massa crescer) e de bebidas fermentadas.
- Fermentação láctica: o piruvato origina ácido láctico (lactato). É feita por certas bactérias, usadas no fabrico de iogurte e queijo, e também pelas células musculares quando há falta de oxigénio.
Na fermentação o composto orgânico não é totalmente oxidado, por isso os produtos finais ainda contêm muita energia química.
Respiração aeróbia
Quando há oxigénio, o piruvato é degradado por completo nas mitocôndrias das células eucarióticas.
- Glicólise no citoplasma.
- O piruvato entra na mitocôndria e é transformado em acetil-CoA, libertando CO2.
- Ciclo de Krebs na matriz mitocondrial: liberta CO2 e produz coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) e uma pequena quantidade de ATP.
- Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa na membrana interna da mitocôndria: os eletrões das coenzimas passam por uma cadeia de transporte e o oxigénio é o aceitador final, formando-se água. A energia libertada gera um gradiente de protões usado pela ATP sintetase para produzir a maior parte do ATP.
Equação geral simplificada: glicose + oxigénio → dióxido de carbono + água + energia (ATP e calor).
Balanço energético
| Fermentação | Respiração aeróbia | |
|---|---|---|
| Oxigénio | não é necessário | necessário |
| Local | citoplasma | citoplasma e mitocôndria |
| Produtos | etanol e CO2, ou lactato | CO2 e H2O |
| ATP por glicose | 2 | cerca de 30 a 32 |
Os valores de ATP da respiração aeróbia variam consoante o manual e as estimativas; os valores mais antigos, 36 a 38, foram revistos em baixa. O essencial é que o rendimento é muito superior ao da fermentação.
Procariontes
As células procarióticas não têm mitocôndrias. Em bactérias aeróbias, a cadeia respiratória está na membrana plasmática, o que mostra a relação entre ultraestrutura e função.