O que é descarboxilação oxidativa e o que ela tem a ver com a respiração celular  ?

A descarboxilação oxidativa é uma parte da respiração celular. Ajuda a quebrar gradualmente a glicose para que a energia liberada possa ser usada na forma de ATP. 

As vias metabólicas aeróbicas requerem oxigênio. As vias metabólicas anaeróbicas também podem ocorrer na ausência de oxigênio.

Durante a descarboxilação oxidativa, o piruvato é convertido em acetil-CoA. Representa a ligação entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico na respiração celular aeróbica, desempenhando, portanto, um papel-chave importante na respiração celular. 

O nome do processo já revela quais são as principais etapas: um grupo carboxilato é separado em dióxido de carbono e a molécula restante é oxidada. O processo de descarboxilação oxidativa também é chamado de oxidação do piruvato.

A enzima que catalisa as reações é chamada de complexo piruvato descarboxilase . Consiste em cinco enzimas que catalisam essas reações. É por isso que também é chamado de complexo multienzimático. O complexo piruvato descarboxilase está localizado na matriz mitocondrial. 

Esse complexo enzimático não apenas separa o grupo carboxilato, mas também liga o piruvato ao grupo tiol da coenzima A. Esse processo é irreversível, ou seja, não pode ser revertido.

Após o piruvato, o produto final da glicólise, ter sido ativamente transportado para a matriz mitocondrial, a descarboxilação oxidativa pode começar. O piruvato é um corpo C3.

Na primeira etapa, o grupo carboxilato é separado na forma de dióxido de carbono. O piruvato perde assim um átomo de carbono e torna-se um corpo C2. O dióxido de carbono produzido pode ser exalado pelos pulmões.

Na segunda etapa, o grupo OH do primeiro piruvato é oxidado, resultando em um grupo acetil.

Finalmente, a molécula é transferida para um grupo tiol da coenzima A. Enquanto isso, NAD+ é reduzido a NADH+H+ pelo FADH2. O NADH + H+ é então reoxidado em NAD+ na cadeia respiratória. 

Um corpo C2 é formado: acetil-CoA.

Acetil-CoA é o produto inicial para o ciclo do ácido cítrico e agora está disponível para ele. O resíduo acetil do acetil-CoA é então ligado ao oxaloacetato e assim introduzido no ciclo do ácido cítrico.

Descarboxilação oxidativa simplesmente explicada

Em geral, você pode entender a descarboxilação oxidativa como uma reação química que você pode facilmente derivar de seu nome. Ou seja, nesta reação, uma molécula de ácido carboxílico separa um grupo carboxila (-COOH) ou grupo carboxilato (-COO  ). A molécula é assim descarboxilada . O grupo carboxila escapa como dióxido de carbono gasoso (CO 2 ) e a molécula restante é então oxidada .  

Durante a respiração celular na biologia, ou seja, as reações em nosso corpo que nos fornecem energia, ocorre uma descarboxilação oxidativa em três moléculas: no piruvato da glicólise e no isocitrato e α-cetoglutarato do ciclo do ácido cítrico. Certas enzimas, como o complexo piruvato desidrogenase, estão envolvidas nessas reações. 

oxidação do piruvato a acetil-CoA é de particular importância no metabolismo catabólico (=degradante) da energia. Ele conecta a glicólise com o ciclo subsequente do ácido cítrico e a cadeia respiratória subsequente .O piruvato produzido na glicólise da glicose (açúcar da uva) contém muita energia que pode ser usada por nós em condições ricas em oxigênio. Através de uma nova quebra gradual (= respiração celular aeróbica) do piruvato nas mitocôndrias, essa energia pode agora ser disponibilizada ao nosso corpo na forma do transportador de energia universal ATP. Por exemplo, dá-lhe a força de que necessita para praticar desporto ou garante uma boa concentração na escola ou universidade. 

Definição de descarboxilação oxidativa

Uma descarboxilação oxidativa é uma reação química irreversível na qual um grupo carboxila (-COOH) é separado na forma de dióxido de carbono. A molécula é então oxidada. Um exemplo é a conversão de piruvato em acetil-CoA, que liga a glicólise ao ciclo do ácido cítrico. 

Complexo de piruvato desidrogenase

A seguir, damos uma olhada mais de perto na descarboxilação oxidativa usando o exemplo da oxidação do piruvato. Aqui o corpo C 3 reage com piruvato (sal do ácido pirúvico) para formar um corpo C 2 chamado acetil coenzima A (ácido acético ativado). Essa molécula serve como uma espécie de “combustível” para o ciclo do ácido cítrico, já que é seu ponto de partida. 

Tanto em eucariotos quanto em procariontes  , essa reação é catalisada por um complexo enzimático multienzimático. Você pode chamar esse complexo multienzimático de complexo piruvato desidrogenase (PDC) . Está localizado na matriz mitocondrial em eucariotos e no citoplasma em procariontes . Também pode ocorrer nos plastídios das plantas . Aliás, é um dos maiores complexos multienzimáticos conhecidos.

É composto por 3 subunidades enzimáticas , cada uma das quais catalisa uma reação parcial. Você pode chamar as subunidades E1 (piruvato desidrogenase), E2 (dihidrolipoil transacetilase) e E3 (dihidrolipoil desidrogenase). Estruturas adicionais, chamadas cofatores, estão localizadas nas respectivas subunidades. Eles passam a molécula de piruvato de subunidade para subunidade e garantem sua conversão. 

Também tenha em mente que a oxidação do piruvato é uma reação irreversível . Assim, o acetil-CoA não pode mais reagir de volta ao piruvato. 

inibidores

O arsênio é um importante inibidor da piruvato desidrogenase . Antigamente era usado por exterminadores como veneno contra roedores. Como inibidor da piruvato desidrogenase, desencadeia toda uma série de reações subsequentes: primeiro, há menos produção de acetil-CoA. Isso, por sua vez, garante que o ciclo do ácido cítrico seja interrompido. Isso significa que menos formação de ATP pode ocorrer. Como resultado, processos vitais não podem mais ocorrer. 

Descarboxilação oxidativa do piruvato

A molécula de piruvato resultante da glicólise é transportada do citoplasma para a mitocôndria por meio de um transporte ativo, ou seja, que utiliza energia. A seguir, damos uma olhada no processo exato da descarboxilação oxidativa do piruvato. Você deve ter em mente que isso só acontece quando há oxigênio no ar. 

Processo de oxidação do piruvato

O processo de oxidação do piruvato é o seguinte: Na mitocôndria, a subunidade E1 do complexo piruvato desidrogenase catalisa a separação do grupo carboxilato (= descarboxilação ) com a liberação de dióxido de carbono. Como resultado, o piruvato do corpo C3 “perde” um átomo de carbono e obtemos um corpo C2 . Aliás, exalamos essa molécula de dióxido de carbono pelos pulmões ou a liberamos no meio ambiente de outra forma.

O grupo OH da molécula restante é então oxidado . Isso é mediado pela subunidade E2. Um grupo carbonila (-C=O) agora é formado a partir do grupo álcool com a perda de elétrons. Além dos dois átomos de carbono, você também pode se referir a esse grupo funcional como um grupo acetil . Estas duas etapas representam a descarboxilação oxidativa.

Parte da energia liberada é “capturada” pela redução do transportador de elétrons NAD + a NADH e assim conservada. Essa energia é liberada novamente na cadeia respiratória e armazenada na forma de energia química (ATP). Nosso corpo pode então usar a energia de nossos alimentos. 

A outra parte da energia pode ser armazenada pelo grupo acetila formando uma ligação com outra molécula – a coenzima A. Você pode pensar nisso como um composto complexo, semelhante a nucleotídeos. Você pode chamar a molécula resultante de acetil-CoA. Corresponde à forma “ativada” do acetato.

Assim, o complexo piruvato desidrogenase faz com que o piruvato seja descarboxilado, oxidado e ativado usando um grupo coenzima A. 

Significado de acetil-CoA 

Acetil-CoA contém mais energia livre do que uma simples molécula de acetato porque a ligação entre a coenzima A e acetil é muito energética. Isso permite que o grupo acetil seja facilmente transferido (semelhante ao ATP e ao grupo fosfato), o que é de grande importância para o ciclo subsequente do ácido cítrico. Começa quando o grupo acetila se combina com uma molécula composta por 4 átomos de carbono (oxaloacetato) para formar o citrato do corpo C 6 (sal de ácido cítrico). 

Equilíbrio de descarboxilação oxidativa

Finalmente, vamos considerar o balanço da descarboxilação oxidativa usando o exemplo da oxidação do piruvato na forma de uma equação de reação: 

Piruvato + NAD + + CoA + H + \longrightarrow Acetil-CoA + NADH + CO 2

O balanço geral mostra claramente que uma molécula de piruvato é quebrada em uma molécula de acetil-CoA, uma molécula de NADH e uma molécula de dióxido de carbono. É importante lembrar que duas moléculas de piruvato e, portanto, duas moléculas de acetil-CoA e NADH são produzidas por molécula de glicose. 

Como você aprendeu anteriormente, as moléculas transportadoras de elétrons (NADH) são encaminhadas para a cadeia respiratória, onde a energia armazenada é usada para produzir ATP.

Objetivo da descarboxilação oxidativa

A descarboxilação oxidativa ajuda a converter a glicose em moléculas de energia utilizáveis ​​(ATP). Agora você percebe que esse processo-chave é essencial para fornecer energia e permitir outras vias metabólicas, como o ciclo do ácido cítrico e a cadeia respiratória. Este processo chave é a ponte importante entre a glicólise e o ciclo do ácido cítrico.

Descarboxilação Oxidativa – O Mais Importante

  • A descarboxilação oxidativa é uma etapa de reação dentro da respiração celular.
  • É a reação chave para o ciclo do ácido cítrico, pois o piruvato da glicólise é convertido em acetil-CoA para o ciclo do ácido cítrico.
  • Nesse processo, um grupo carboxila é separado do piruvato e liberado na forma de dióxido de carbono.
  • A antiga molécula de piruvato é oxidada a acetil na próxima etapa.
  • Finalmente, a coenzima A é ligada ao acetato ativado. O acetil-CoA é formado, o material de partida para o ciclo do ácido cítrico.
  • A enzima que catalisa as reações é o complexo piruvato descarboxilase.
  • O complexo piruvato descarboxilase consiste em três subunidades (E1, E2, E3).
  • A descarboxilação oxidativa ocorre duas vezes por molécula de glicose porque duas moléculas de piruvato são formadas durante a glicólise.

Quais produtos são formados durante a descarboxilação oxidativa?

A descarboxilação oxidativa do piruvato produz 2 mols de acetil-CoA, 2 mols de NADH + H+ e moléculas de dióxido de carbono.

Qual é a função da descarboxilação oxidativa do piruvato?

O piruvato é o produto final da glicólise na respiração celular. Para que o ciclo do ácido cítrico ocorra, o piruvato deve ser ativado em acetil-CoA. Neste processo, o piruvato é convertido em acetil-CoA através da descarboxilação oxidativa.

O que é descarboxilação oxidativa?

Em uma descarboxilação oxidativa, o substrato (piruvato) é descarboxilado pela separação de um grupo carboxila. A primeira molécula é então oxidada. No caso da descarboxilação oxidativa do piruvato, a coenzima A é ligada ao acetil. A molécula está agora em uma forma ativada, mais energética.

Onde ocorre a descarboxilação oxidativa?

A descarboxilação oxidativa ocorre na matriz mitocondrial.