Bioquímica Básica
9.2.1 Glicólise anaeróbia: fermentações
A equação geral da glicólise é:
Deve-se lembrar que uma equação geral não representa uma reação química; é apenas o somatório das reações que compõem a via metabólica, omitindo as reações intermediárias do processo. No caso em questão, se os compostos que aparecem no primeiro membro da equação forem adicionados a uma solução contendo todas as enzimas da glicólise, nenhuma reação ocorrerá, já que, para a primeira reação da glicólise, há necessidade de ATP.
A equação geral da glicólise evidencia que a oxidação da glicose a piruvato e a produção de ATP estão associadas à redução de NAD+. Como o NAD+ existe nas células em concentrações limitantes, muito inferiores às dos substratos, o funcionamento contínuo da glicólise depende da reoxidação do NADH. Os seres vivos regeneram o NAD+ por dois mecanismos diferentes, segundo a disponibilidade de oxigênio. Em
aerobiose, utilizam o oxigênio para oxidar o NADH (Capítulo 11); em anaerobiose, lançam mão, para o mesmo fim, do processo analisado a seguir.
9.2.1 Glicólise anaeróbia: fermentações
Em anaerobiose, o próprio piruvato produzido pela glicólise (ou um composto dele derivado) serve como aceptor dos elétrons do NADH, assegurando o provimento de NAD+ para a continuidade da via glicolítica. O piruvato é, portanto, o composto a partir do qual a oxidação aeróbia e a anaeróbia da glicose divergem.
A glicólise anaeróbia é chamada fermentação. Existem muitos tipos de fermentações que obedecem, entretanto, a um padrão comum: as reações da glicólise, que convertem glicose a piruvato, com produção de NADH, são seguidas por uma segunda etapa, que oxida NADH a NAD+. As fermentações diferem pelas reações que efetuam a regeneração do NAD+. Segundo as enzimas de que a célula dispõe, o piruvato pode ser convertido a compostos diferentes, como lactato, etanol, propionato, butirato etc., que são sempre excretados da célula. As fermentações são designadas segundo o produto final: fermentação lática, alcoólica, propiônica etc. As fermentações são processos autossuficientes, porque independem de outras vias para regenerar a coenzima NAD+ que utilizam.
Na fermentação lática, como acontece nas reações com participação de NAD+, o piruvato recebe dois elétrons e um próton do NADH e um próton do meio, reduzindo-se a lactato:
Este é o processo utilizado por diversos microrganismos e por determinadas células e tecidos de mamíferos: hemácias, espermatozoides, medula renal, músculos esqueléticos etc. Quando os músculos esqueléticos
realizam contração vigorosa (Seção 22.5), o oxigênio trazido pela circulação torna-se insuficiente para promover a oxidação da grande quantidade de NADH resultante do trabalho muscular e as fibras musculares ficam submetidas a uma anaerobiose relativa. A oxidação do NADH pelo piruvato gera o lactato caracteristicamente produzido por músculos em esforço intenso, permitindo que, pela regeneração do NAD+, a glicólise possa prosseguir, formando ATP.
Nas situações de atividade muscular extenuante, costuma-se afirmar, erroneamente, que é produzido ácido lático, que ao dissociar-se, causaria acidose (aumento da quantidade plasmática de prótons) — a reação da lactato desidrogenase forma lactato e não ácido lático e a formação de lactato consome prótons e não os produz. A acidose decorre do transporte conjunto (simporte) de lactato e prótons para o plasma; os prótons
originam-se da intensa hidrólise de ATP, vigente nessa situação (Seção
22.4).
Somando a equação de conversão de glicose a piruvato (equação 1) à de
conversão de piruvato a lactato (equação 2), obtém-se a equação geral da fermentação lática:
Esta equação geral, como todas, esconde etapas importantes da transformação: além da necessidade de ATP para iniciar a via, fica omitida a participação imprescindível do NAD+, sem a qual a via não pode ser levada a cabo.
Em certos organismos, como as leveduras e alguns tipos de bactérias, a regeneração do NAD+ é feita pela fermentação alcoólica. Nesta via, o piruvato é descarboxilado, originando acetaldeído, que, servindo como aceptor dos elétrons do NADH, reduz-se a etanol:
A coenzima da piruvato descarboxilase é a tiamina pirofosfato (TPP),
que participa também da descarboxilação oxidativa do piruvato (Seção 9.2).
A equação geral da fermentação alcoólica é:
O rendimento da glicólise anaeróbia é de 2 mols de ATP por mol de glicose
As fermentações lática e alcoólica resultam na produção líquida de 2
ATP, como mostram as equações 3 e 4. O rendimento da oxidação anaeróbia da glicose é muito menor do que aquele da sua oxidação aeróbia: 2 mols versus 38 mols de ATP por mol de glicose. A despeito disto, grande número de microrganismos e também células de eucariotos são capazes de sobreviver à custa da glicólise anaeróbia.