Fosforilação oxidativa é a liberação de energia química para ser produzida no transporte de elétrons durante a cadeia respiratória nas mitocôndrias, por meio da oxidação de nutrientes. É por meio desse processo que as células ganham um reservatório de energia para as atividades metabólicas.
A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias das plantas e dos animais, sendo que nas plantas esse processo passa, também, pelos ciclos da fotossintética.
Os campos de atuação e estudo da fosforilação oxidativa estão relacionados à respiração celular e aos ciclos para obtenção de energia que ocorrem nas mitocôndrias.
Por isso, é preciso entender o que é respiração celular e mitocôndrias, para compreender o ciclo da fosforilação oxidativa e a sua importância.
A respiração celular é o processo no qual ocorre a troca de ligações químicas para a obtenção de energias que poderão ser utilizadas pelos seres vivos. Esse procedimento possibilita a liberação de dióxido de carbono, energia, água e consumo de oxigênio e uma substância orgânica.
A respiração celular pode ser anaeróbia (sem utilização de oxigênio) e aeróbia (com utilização de oxigênio). É por meio da respiração que ocorre a fosforilação oxidativa por intermédio das mitocôndrias, possibilitando que moléculas orgânicas sejam oxidadas para a produção de adenosina trifosfato (ATP).
A enzima que facilita a respiração celular é a mitocôndria, responsável por gerar energia. Ela faz isso a partir de adenosina trifosfato (ATP), uma espécie de molécula que constitui a principal forma de energia química.
Uma mitocôndria é formada por uma membrana interna e outra externa. A interna possui permeabilidade seletiva e a externa é permeável.
Descoberta da fosforilação oxidativa
Em 1906 o bioquímico inglês Arthur Harden iniciou os estudos sobre o processo de fosforilação. Nessa época, o fosfato tinha grande importância na fermentação celular. Décadas depois, em 1940, Herman Kalckar confirmou a atuação do trifosfato de adenosina (ATP) na transferência de energia e, consequentemente, na fosforilação oxidativa.
Contudo, os estudos mais significativos para o assunto ocorreram em 1961, com o surgimento da Teoria Quimiosmótica, por Peter D. Mitchell, que concentrou-se nos estudos sobre a purificação e caracterização das enzimas, que também receberam contribuições importantes de David Ezra Green e Efraim Racker, que ajudaram a esclarecer os complexos da cadeia de transporte eletrônico e a formação da ATP sintase.
Porém, apesar do avanço em meados de 1961, foi a partir de Paul D. Boyer, em 1973, com a proposta do mecanismo "ligação-modificação" e de catálise que apareceram indícios importantes que contribuíram para a descoberta da ATP sintase.
Como acontece a fosforilação oxidativa
A fosforilação oxidativa é um dos ciclos da cadeia respiratória celular, assim como a glicólise e o ciclo de Krebs. Esse processo acontece na membrana interna mitocondrial e depende de proteínas que possuem um grupo prostético metálico.
A produção de fosforilação oxidativa está relacionada à oxidação de NADH, ao consumo de oxigênio e geração de água e ATP.
Esse processo ocorre por diferenças de potenciais de redução (captura de elétrons). Assim, o oxigênio é um elemento muito importante para o processo da fosforilação oxidativa, assumindo função de receptor de elétrons.
Etapas da fosforilação oxidativa
Esse processo de geração de energia dá-se por meio de quatro complexos enzimáticos, sendo identificados por “Complexos” e acrescidos de numeral romano do um ao quatro (Complexo I, Complexo II e assim por diante).
Fase 1: o Dinucleótido de nicotinamida e adenina (NADH) perde o elétron para o Complexo I em que prótons são liberados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar.
Fase 2: o Complexo II recebe elétrons e os transfere para a ubiquinona sem lançar prótons para o espaço intermembranar. A ubiquinona transfere o elétron adquirido para o Complexo III.
Fase 3: o Compelo III transfere o elétron para o Citocromo C, através da citocromo C oxidoredutase, com o bombeamento de prótons para o espaço intermembranar.
Fase IV: o Citocromo C aproxima-se do Complexo IV, que transfere o elétron para o receptor final que é o oxigênio. Nesse processo há liberação de prótons para o espaço intermembranar.