Na respiração aeróbica, o aceptor de elétrons final é uma molécula de oxigênio, O 2 . Se a respiração aeróbica ocorrer, então o ATP será produzido usando a energia dos elétrons de alta energia transportados por NADH ou FADH 2 para a cadeia de transporte de elétrons. Se a respiração aeróbica não ocorrer, o NADH deve ser reoxidado para NAD + para reutilização como um transportador de elétrons para a glicólise continuar. Como isso é feito? Alguns sistemas vivos usam uma molécula orgânica como o aceitador final de elétrons. Processos que usam uma molécula orgânica para regenerar NAD + de NADH são coletivamente referidos como fermentação.
Em contraste, alguns sistemas vivos usam uma molécula inorgânica (diferente de oxigênio) como um aceptor de elétrons final para regenerar o NAD.+ ; ambos os métodos são anaeróbicos (não requerem oxigênio) para alcançar a regeneração de NAD + e permitir que os organismos convertam energia para seu uso na ausência de oxigênio.
Fermentação Ácida Láctica
O método de fermentação usado pelos animais e algumas bactérias como as do iogurte é a fermentação do ácido láctico ( Figura ). Isso ocorre rotineiramente em glóbulos vermelhos de mamíferos e no músculo esquelético que tem suprimento insuficiente de oxigênio para permitir que a respiração aeróbica continue (isto é, nos músculos usados até o ponto da fadiga).
Nos músculos, o ácido láctico produzido pela fermentação deve ser removido pela circulação sanguínea e levado ao fígado para posterior metabolização. A reação química da fermentação do ácido láctico é a seguinte:
Ácido pirúvico + NADH ↔ ácido láctico + NAD+
A enzima que catalisa essa reação é a lactato desidrogenase. A reação pode prosseguir em qualquer direção, mas a reação da esquerda para a direita é inibida por condições ácidas. Este acúmulo de ácido lático causa rigidez muscular e fadiga. Uma vez que o ácido láctico tenha sido removido do músculo e circulado para o fígado, ele pode ser convertido novamente em ácido pirúvico e catabolizado para energia.
Tremetol, um veneno metabólico encontrado na raiz de cobra branca, impede o metabolismo do lactato. Quando as vacas comem esta planta, o Tremetol está concentrado no leite. Os seres humanos que consomem o leite ficam doentes. Os sintomas dessa doença, que incluem vômitos, dor abdominal e tremores, pioram após o exercício. Por que você acha que este é o caso?
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Fermentação Alcoólica
Outro processo de fermentação familiar é a fermentação alcoólica ( Figura ), que produz etanol, um álcool. A reação de fermentação alcoólica é a seguinte:
Na primeira reação, um grupo carboxila é removido do ácido pirúvico, liberando dióxido de carbono como um gás. A perda de dióxido de carbono reduz a molécula em um átomo de carbono, produzindo acetaldeído. A segunda reação remove um elétron do NADH, formando NAD + e produzindo etanol a partir do acetaldeído, que aceita o elétron.
A fermentação do ácido pirúvico pela levedura produz o etanol encontrado nas bebidas alcoólicas ( Figura ). Se o dióxido de carbono produzido pela reação não é ventilado da câmara de fermentação, por exemplo, em cerveja e vinhos espumantes, ele permanece dissolvido no meio até que a pressão seja liberada. Etanol acima de 12% é tóxico para levedura, então os níveis naturais de álcool no vinho ocorrem em no máximo 12%.
Respiração Celular Anaeróbica
Certos procariontes, incluindo algumas espécies de bactérias e Archaea, usam a respiração anaeróbica. Por exemplo, o grupo de Archaea chamado metanogênicos reduz o dióxido de carbono em metano para oxidar o NADH. Esses microrganismos são encontrados no solo e no trato digestivo de ruminantes, como vacas e ovelhas. Da mesma forma, as bactérias redutoras de sulfato e Archaea, a maioria das quais são anaeróbias ( Figura ), reduzem o sulfato ao sulfeto de hidrogênio para regenerar o NAD + do NADH.
Outros métodos de fermentação ocorrem em bactérias. Muitos procariontes são facultativamente anaeróbicos. Isso significa que eles podem alternar entre respiração aeróbica e fermentação, dependendo da disponibilidade de oxigênio. Certos procariontes, como as bactérias Clostridia , são anaeróbios obrigatórios.
Obrigue os anaeróbios a viver e crescer na ausência de oxigênio molecular. O oxigênio é um veneno para esses microorganismos e os mata após a exposição. Deve-se notar que todas as formas de fermentação, exceto a fermentação de ácido láctico, produzem gás. A produção de determinados tipos de gás é usada como um indicador da fermentação de carboidratos específicos, que desempenha um papel na identificação laboratorial das bactérias. Os vários métodos de fermentação são usados por diferentes organismos para garantir um suprimento adequado de NAD +para o sexto passo na glicólise. Sem esses caminhos, esse passo não ocorreria, e nenhum ATP seria colhido da quebra da glicose.
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Resumo da seção
Se o NADH não puder ser metabolizado pela respiração aeróbica, outro aceptor de elétrons é usado. A maioria dos organismos usará alguma forma de fermentação para realizar a regeneração de NAD + , garantindo a continuação da glicólise. A regeneração de NAD + na fermentação não é acompanhada pela produção de ATP; portanto, o potencial para o NADH produzir ATP usando uma cadeia de transporte de elétrons não é utilizado.
Referências:
- https://biologydictionary.net/fermentation/
- https://www.ck12.org/biology/fermentation/lesson/Fermentation-BIO/
Glossário
- respiração celular anaeróbica
- o uso de um receptor de elétrons diferente do oxigênio para completar o metabolismo usando a quimiosmose baseada em transporte de elétrons
- fermentação
- as etapas que seguem a oxidação parcial da glicose via glicólise para regenerar NAD + ; ocorre na ausência de oxigênio e usa um composto orgânico como o aceptor de elétrons final
