Processo que resulta em energia para atividades metabólicas das células
Fosforilação oxidativa é o nome de um dos processos que ocorrem nas mitocôndrias durante a respiração celular. Os outros processos são a glicólise e o ciclo de Krebs.
Quando ocorre a fosforilação oxidativa há a oxidação de nutrientes do alimento que, como consequência, libera energia química que posteriormente é produzida no transporte de elétrons na cadeia respiratória. Com a fosforilação oxidativa, as células ganham um reservatório de energia para as atividades metabólicas.
O oxigênio é um elemento muito importante para o processo da fosforilação oxidativa, pois ele contribui para a oxidação das moléculas, formando novas moléculas de adenosina trifosfato (ATP) e produzindo energia.
Os estudos acerca da fosforilação iniciaram em 1906, a partir de Arthur Harden. Na época, sabia-se que o fosfato tinha grande importância na fermentação celular e essa relação foi confirmada posteriormente, em 1940, quando Herman Kalckar reafirmou a atuação do trifosfato de adenosina na transferência de energia.
Mesmo com o avanço nas pesquisas e com as descobertas de Harden e Kalckar a produção do ATP continuou a ser um mistério. Assim, os pesquisadores buscaram a solução para explicar a oxidação das reações de fosforilação.
Foi em 1961 que aconteceram os avanços mais significativos nesse meio, quando Peter D. Mitchell publicou a Teoria Quimiosmótica. A investigação de Mitchell prosseguiu concentrando-se na purificação e caracterização das enzimas. As pesquisas receberam grande contribuição de David Ezra Green, nos complexos da cadeia de transporte eletrônico e Efraim Racker ajudou a esclarecer a ATP sintase (enzima que catalisa um processo de síntese).
Embora os estudos acerca da fosforilação oxidativa estivessem avançando, novos pesquisadores apareceram para contribuir. Foi o caso de Paul D. Boyer que, em 1973, apresentou indícios importantes que levaram à descoberta do mecanismo da ATP sintase. Boyer apresentou uma proposta do mecanismo "ligação-modificação" e de catálise (modificação da velocidade de uma reação química).
As pesquisas sobre fosforilação oxidativa continuam. As contribuições mais recentes registradas datam o ano de 1997, com o trabalho sobre estudos estruturais das enzimas apresentado por John E. Walker.
Como acontece a fosforilação oxidativa
As mitocôndrias são as principais geradoras de energia nas células e possuem a função de produzir energias a partir de adenosina trifosfato (ATP) (molécula que constitui a principal forma de energia química).
Esses geradores de energia possuem uma membrana externa e interna. A externa é permeável e contém diversas enzimas, incluindo a acil-CoA sintetase e a glicerolfosfato aciltransferase. A membrana interna tem permeabilidade seletiva, que incluem o fosfolípideo cardiolipina, as enzimas da cadeia respiratória, a ATP-sintase e transportadores de membrana.
São nas mitocôndrias das plantas e dos animais que ocorrem a fosforilação oxidativa. Nas plantas esse processo passa por dois ciclos de fosforilação: a fotossintética e a oxidativa. Já nos animais, ocorre apenas a forma oxidativa.
No processo da fosforilação oxidativa ocorre a transferência de elétron de doadores eletrônicos para aceitadores eletrônicos. Essa transferência constitui as reações de oxirredução, que possibilitam o processo de liberação de energia, biologicamente aproveitável para a biossíntese de ATP.
A depender do tipo de enzima utilizado pelos aceitadores e doadores eletrônicos as oxirreduções em procariontes poderão ser feitas por conjuntos de complexos proteicos localizados na membrana interna da célula. Nos eucariontes esse processo é feito por cinco complexos principais de proteínas mitocondriais.
A respiração celular nas mitocôndrias ocorre a partir de proteínas, polissacarídeos ou lipídios que permitem a digestão de aminoácidos, monossacarídeos ou ácidos gordos. Passam pela enzima da membrana externa Acetil-CoA para, a partir disso, ocorrer por um dos ciclos que podem ser o ciclo de Krebs, glicólise ou fosforilação oxidativa. (Foto: Wikimedia)
Relação da respiração celular com a fosforilação oxidativa
Por respiração celular entende-se que é o processo de troca de ligações químicas para o ganho de energias que poderão ser utilizadas pelos seres vivos. Esse procedimento ocorre apenas na célula, pois quando é feito fora dela classifica-se como outro processo chamado de ventilação.
O que ocorre na respiração celular é a liberação de dióxido de carbono; energia e água, além do consumo de oxigênio e uma substância orgânica.
Essa respiração pode ser por dois tipos: anaeróbia (sem utilização de oxigênio) e aeróbia (com utilização de oxigênio).
A respiração celular é o ciclo que permite a realização da fosforilação oxidativa, pois possibilita que moléculas orgânicas sejam oxidadas para que haja a produção de ATP.
Apesar de a fosforilação oxidativa ser importante para o metabolismo, ela produz superóxido e peróxido de hidrogênio que são espécies reativas de oxigênio. Com isso, induz à disseminação de radicais livres e, como consequência, danifica componentes celulares como proteínas e lipídios de membrana. Com essa danificação, contribui para processos de envelhecimento celular e patologias.