Cadeia respiratória e liberação de energia

O destino dos hidrogênios liberados na glicólise e no ciclo de Krebs é um ponto crucial no processo de obtenção de energia na respiração aeróbica.

Como vimos, foram liberados quatro hidrogênios durante a glicólise, que foram capturados por duas moléculas de NADH₂. Na reação de cada ácido pirúvico com a coenzima A formam-se mais duas moléculas de NADH₂.

No ciclo de Krebs, dos oito hidrogênios liberados, seis se combinam com três moléculas de NAD, formando três moléculas de NADH₂, e dois se combinam com um outro aceptor, o FAD, formando uma molécula de FADH₂.

Através de sofisticados métodos de rastreamento de substâncias, os bioquímicos demonstraram que os hidrogênios liberados na degradação das moléculas orgânicas e capturados pelos aceptores acabam por se combinar com átomos de oxigênio provenientes do O₂ atmosférico. Dessa combinação resultam moléculas de água.

Antes de reagirem como o O₂, porém, os hidrogênios, percorrem uma longa e complexa trajetória, na qual se combinam sucessivamente com diversas substâncias aceptoras intermediárias. Ao final dessa trajetória, os hidrogênios se encontram seus parceiros definitivos, os átomos de oxigênio do O₂. Esse conjunto de substâncias transportadoras de hidrogênio constitui a cadeia respiratória.

Se os hidrogênios liberados na degradação das moléculas orgânicas se combinassem direta e imediatamente com o O₂, haveria desprendidamente de enorme quantidade de energia em forma de calor, impossível de ser utilizada. Para contornar esse problema, as células utilizam um mecanismo bioquímico que permite a liberação gradual de energia. Tudo se passa como os hidrogênios descessem uma escada, perdendo energia a cada degrau. Liberada em pequenas quantidades, a energia pode ser, então, utilizada na síntese de moléculas de ATP, a partir de ADP e fosfatos.

Aceptores de hidrogênio da cadeia respiratória

As moléculas de NAD, de FAD e de citocromos que participam da cadeia respiratória captam hidrogênios e os transferem, através de reações que liberam energia, para um aceptor seguinte. Os aceptores de hidrogênio que fazem parte da cadeia respiratória estão dispostos em sequência na parede interna da mitocôndria.

O ultimo aceptor de hidrogênios na cadeia respiratória é a formação de moléculas de ATP, processo chamado de fosforilação oxidativa. Cada molécula de NADH₂ que inicia a cadeia respiratória leva à formação de três moléculas de ATP a partir de três moléculas de ADP e três grupos fosfatos como pode ser visto na equação a seguir:

1 NADH₂ + ½ O₂ + 3 ADP + 3P      1 H₂O + 3 ATP + 1 NAD

Já a FADH₂ formado no ciclo de Krebs leva à formação de apenas 2 ATP.

1 FADH₂ + ½ O₂ + 2 ADP + 2P      1 H₂O + 2 ATP + 1 FAD