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A Jornada do Elétron: Da H2O ao O2.

A Origem:

Sua concepção vem da Grécia antiga, da palavra Elektron. Desde os princípios, o elétron vem desempenhando um papel muito importante na evolução da vida. A primeira vez em que foi descoberto, foi por um grego, ao esfregar âmbar com tecidos, notando-se a eletrização.

Assim, a jornada do elétron representa não apenas uma fascinante história de cooperação entre os elementos da natureza, como também uma bela transformação química: da H₂O ao O₂.

O começo de tudo: A Fotossíntese.

Plantas e algas desempenham um papel crucial na transferência de elétrons durante o processo fotossintético, que ocorre nas células desses organismos. Especificamente, a energia luminosa é absorvida pelos complexos pigmentares, como a clorofila, localizados nos tilacoides dos cloroplastos. Nessas células, a energia luminosa é capturada pelos pigmentos fotossintéticos, como a clorofila, presente nos cloroplastos. Nesse processo, os fótons de luz provindos do sol, excitam os elétrons presentes nos pigmentos fotossintéticos. Esse evento energético desencadeia uma série de reações redox e transferência de elétrons, permitindo a conversão da energia luminosa em energia química. Aí também entra a fotossíntese quântica, que nega o fato de que o elétron percorre um caminho único, mas diz que esse age como uma nuvem que cobre todo o percurso, podendo estar em mais de um lugar ao mesmo tempo.

O processo fotossintético é dividido em duas etapas: etapa fotoquímica e etapa química.

Uma etapa fundamental nesse processo é a hidrólise da água, a qual acontece na etapa fotoquímica (fase clara), que desempenha um papel central na geração de elétrons necessários para o transporte de elétrons. A hidrólise da água ocorre no fotossistema II, onde moléculas de água (H2O) são quebradas em 2 íons hidrogênio (H+), elétrons (e-) e 1/2 oxigênio (O2), A imagem abaixo ilustra este fascinante processo.

Os elétrons liberados na hidrólise da água são então transferidos ao longo da cadeia de transporte de elétrons, enquanto os prótons(H+) serão utilizados não somente para a produção de NADPH mas também para gerar um gradiente nas membranas do tilacoide, essencial para a síntese de ATP. Vale lembrar, que a hidrólise da água tem como produto o oxigênio.

No fotossistema I, os elétrons excitados são transportados ao longo de uma cadeia cíclica, produzindo ATP sem precisar da hidrólise da água. Esse transporte gera um gradiente, conhecido como gradiente eletroquímico de prótons. Esse gradiente é utilizado para a síntese de ATP por meio de uma enzima chamada ATP sintase, que converte a energia do gradiente de prótons em energia química armazenada no ATP.

A etapa fotoquímica envolve um ciclo chamado de ciclo de Calvin, onde entra uma proteína chamada de rubisco, a qual é uma das proteínas mais abundantes em nosso meio. No início do ciclo, uma ribulose junta-se com 3 moléculas de gás carbônico (CO2). Ao longo do processo, gastam-se 9 moléculas de ATP e 6 moléculas de NADPH, para que 2 moléculas de glucose sejam formadas, as quais precisam se juntar duas a duas para a formação de uma molécula de glicose. No fim do ciclo outra ribulose é formada, para que outra molécula de gás carbônico seja fixada.

Chegando nos seres heterótrofos: A respiração celular.

A respiração celular, é um processo aeróbio, pelo qual os organismos obtém energia. É dividido em 3 fases: a glicólise, o ciclo do Krebs e a fosforização oxidava.

A primeira etapa, é a glicólise, a qual pode ocorrer sem a presença de oxigênio, diferente do quem muitos pensam. Nessa fase, ocorre a degradação da glicose, a qual carrega consigo os elétrons produzidos na fotossíntese, para que sejam formados dois piruvatos. Entrando na respiração celular, falamos de processos que envolvem gasto de energia, sendo assim a glicólise é uma fase em que há um gasto energético. Esse processo acontece no citoplasma, e envolve duas moléculas de ATP, que são utilizadas para a quebra da glicose, que ocorre na fase de ativação. Na segunda fase da glicólise, fase de rendimento, ocorre a redução do NAD+ que se tornará NADH, onde encontramos o nosso elétron. As moléculas resultantes da quebra da glicólise são oxidadas resultando nas moléculas de piruvato.

Durante a respiração celular, em todo processo que houver a transferência de elétrons por meio de NADH e FADH2, haverão reações de oxirredução.

Na segunda etapa da respiração celular, o ciclo de Krebs, conhecido como ciclo do acido cítrico, serão utilizados os piruvatos produzidos na glicólise. Na presença de oxigênio, as moléculas de piruvato adentram a mitocôndria, onde será formado o acetil coenzima-A. O piruvato, juntamente com a coenzima-A vai sofrer descarboxilações, ou seja, perderá carbonos. Em primeira fase, ocorre a liberação do grupo carboxila do piruvato. Em segunda fase, os elétrons liberados se ligam ao NAD+ onde ficam armazenados na forma de energia e NADH, isso pois ocorre a formação de acetato. Em terceira etapa, por fim, o acetato se junta a coenzima-A, formando o acetil-CoA. Agora iniciamos o ciclo de Krebs, na qual o acetil-CoA se junta ao oxilacetato para formar o citrato, liberando no percurso CO2 e fazendo uso do elétron, o qual continua sua jornada. No ciclo, serão liberados duas moléculas de CO2, 3 NADH, 1 ATP, 1 FADH2. Vale ressaltar, que o ciclo acontece 2 vezes, pois são dois piruvatos, e também que o ciclo faz o uso fumarato e malato.

Na ultima etapa da respiração celular, o elétron chega ao fim de sua jornada. As moléculas de NADH e FADH2 produzidas no ciclo de Krebs são as responsáveis pelo transporte elétron para que estes sejam doados na fosforilação oxidava. Nessa etapa da cadeia respiratória, a membrana mitocondrial interna contém proteínas responsáveis por gerar um gradiente, a força próton-motriz, por meio dos prótons transportados pelos NADH e FADH2. Esse gradiente possui uma alta concentração de H+ no espaço entre membrana da mitocôndria. Uma das proteínas mais importantes da membrana mitocondrial é a ATP sintase, responsável pela captura de H+ para a produção de ATP, gerando cerca de 32 ATPS.

A jornada do elétron, desde a hidrólise da água até a fosforilação oxidativa, revela a complexidade e a engenhosidade dos processos bioquímicos envolvidos na obtenção de energia pelas células. Ao longo dessa trajetória, o elétron desempenha um papel essencial na transferência de energia, participando de reações redox que impulsionam a síntese de ATP, a principal fonte de energia química para os organismos vivos.