Bioquímica Básica
8 Introdução ao Metabolismo
Os organismos dependem do meio ambiente para obter energia e moléculas
precursoras
Para manterem-se vivos e desempenharem as funções biológicas, os organismos necessitam continuamente de energia. Qualquer organismo vivo constitui, no seu conjunto, um sistema estável de reações químicas e de processos físico-químicos mantidos afastados do equilíbrio — esta condição contraria a tendência termodinâmica de atingir o equilíbrio e só pode ser conseguida à custa de energia, retirada do meio ambiente. Como, por outro lado, os organismos perdem energia para o meio ambiente, sua estabilidade deve ser vista como um processo dinâmico, o chamado “steady-state”, que pode ser comparado ao conteúdo líquido de um reservatório, alimentado por um fluxo idêntico à vazão. A comparação é válida para a massa de compostos químicos recebidos e eliminados, e também para o suprimento e a perda de energia. Alguns organismos,
chamados fototróficos (Capítulo 15), estão adaptados a obter a energia de que necessitam da luz solar; outros, os quimiotróficos, obtêm energia oxidando compostos encontrados no meio ambiente. Dentre os quimiotróficos, certos microrganismos são capazes de oxidar compostos inorgânicos — são chamados, então, quimiolitotróficos. A maioria dos microrganismos e todos os animais são, entretanto, quimiorganotróficos, por necessitarem oxidar substâncias orgânicas.
As substâncias oxidáveis utilizadas pelos seres humanos estão presentes nos seus alimentos, sob a forma de carboidratos, lipídios e proteínas. Há também reservas endógenas de carboidratos e lipídios, que são oxidadas nos intervalos entre as refeições.
Os nutrientes, ao serem oxidados, perdem prótons e elétrons (H+ + e–) e têm seus átomos de carbono convertidos a CO 2. Os prótons e elétrons são recebidos por coenzimas na forma oxidada, que passam à forma reduzida
(Figura 8.1). A reoxidação das coenzimas é obtida pela transferência dos
(H+ + e–) para o oxigênio molecular, que é então convertido a água (Seção
11.2). Parte da energia derivada desta oxidação é utilizada para sintetizar um composto rico em energia, a adenosina trifosfato (ATP), a partir de adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorgânico (HPO 2 – 4 a pH 7,4). É a energia química do ATP a que será usada para promover os processos biológicos que consomem energia. Em resumo, para que a energia derivada da oxidação dos alimentos possa ser usada pelas células, ela deve estar sob a forma de ATP.
Figura 8.1 Esquema simplificado do processo de obtenção de energia em organismos quimiorganotróficos: a oxidação de nutrientes leva à redução de coenzimas que são oxidadas por O 2, produzindo ATP. Pi = fosfato inorgânico (HPO 2 – a pH 7,4). 4
O aproveitamento da energia do ATP é feito associando a remoção de
seu grupo fosfato terminal aos processos que requerem energia (Figura 8.2). Desta forma, a energia química armazenada no ATP pode ser utilizada em processos químicos (biossínteses), mecânicos (contração muscular), elétricos (condução de estímulo nervoso), osmóticos (transporte ativo através de membranas), luminosos (bioluminescência) etc.