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8.12: Rendimento do ATP
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ATP Yield
 
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8.12: ATP Yield

8.12: Rendimento do ATP

Cellular respiration produces 30-32 ATP molecules per glucose molecule. Although most of the ATP results from oxidative phosphorylation and the electron transport chain (ETC), 4 ATP are gained beforehand (2 from glycolysis and 2 from the citric acid cycle).

The ETC is embedded in the inner mitochondrial membrane and comprises four main protein complexes and an ATP synthase. NADH and FADH2 pass electrons to these complexes, which in turn pump protons into the intermembrane space. This distribution of protons generates a concentration gradient across the membrane. The gradient drives the production of ATP when protons flow back into the mitochondrial matrix via the ATP synthase.

For every 2 input electrons that NADH passes into complex I, complexes I and III each pump 4 protons and complex IV pumps 2 protons, totaling 10 protons. Complex II is not involved in the electron chain initiated by NADH. FADH2, however, passes 2 electrons to complex II, so a total of 6 protons are pumped per FADH2; 4 protons via complex III and 2 via complex IV.

Four protons are needed to synthesize 1 ATP. Since 10 protons are pumped for every NADH, 1 NADH yields 2.5 (10/4) ATP. Six protons are pumped for every FADH2, so 1 FADH2 yields 1.5 (6/4) ATP.

Cellular respiration produces a maximum of 10 NADH and 2 FADH2 per glucose molecule. Since a single NADH produces 2.5 ATP and a single FADH2 produces 1.5 ATP, it follows that 25 ATP + 3 ATP are produced by oxidative phosphorylation. Four ATP are produced before oxidative phosphorylation, which yields a maximum of 32 ATP per glucose molecule.

Importantly, glycolysis occurs in the cytosol and the ETC is located in the mitochondria (in eukaryotes). The mitochondrial membrane is not permeable to NADH, hence the electrons of the 2 NADH that are produced by glycolysis need to be shuttled into the mitochondria. Once inside the mitochondrion, the electrons may be passed to NAD+ or FAD. Given the different ATP yield depending on the electron carrier, the total yield of cellular respiration is 30 to 32 ATP per glucose molecule.

A respiração celular produz 30-32 moléculas de ATP por cada molécula de glicose. Embora a maior parte do ATP resulte da fosforilação oxidativa e da cadeia de transporte de eletrões (ETC), 4 ATP são ganhos antecipadamente (2 da glicólise e 2 do ciclo do ácido cítrico).

A ETC está incorporada na membrana mitocondrial interna e compreende quatro complexos proteicos principais e uma ATP sintase. NADH e FADH2 passam eletrões para esses complexos, que por sua vez bombeiam protões para o espaço intermembranar. Esta distribuição de protões gera um gradiente de concentração através da membrana. O gradiente impulsiona a produção de ATP quando os protões fluem de volta para a matriz mitocondrial através da ATP sintase.

Por cada 2 eletrões que o NADH faz passar pelo complexo I, os complexos I e III bombeiam cada um 4 protões e o complexo IV bombeia 2 protões, totalizando 10 protões. O complexo II não está envolvido na cadeia eletrónica iniciada pelo NADH. O FADH2, no entanto, passa 2 eletrões para o complexo II, de modo que um total de 6 protões são bombeados por cada FADH2; 4 protões através do complexo III e 2 através do complexo IV.

São necessários quatro protões para sintetizar 1 ATP. Como 10 protões são bombeados por cada NADH, 1 NADH rende 2,5 (10/4) ATP. Seis protões são bombeados por cada FADH2, pelo que 1 FADH2 rende 1,5 (6/4) ATP.

A respiração celular produz no máximo 10 NADH e 2 FADH2 por molécula de glicose. Uma vez que um único NADH produz 2,5 ATP e um único FADH2 produz 1,5 ATP, então 25 ATP + 3 ATP são produzidos por fosforilação oxidativa. Quatro ATP são produzidos antes da fosforilação oxidativa, que produz um máximo de 32 ATP por molécula de glicose.

É importante ressaltar que a glicólise ocorre no citosol e a ETC está localizada nas mitocôndrias (em eucariotas). A membrana mitocondrial não é permeável ao NADH, portanto os eletrões dos 2 NADH que são produzidos pela glicólise precisam ser transportados para as mitocôndrias. Uma vez dentro da mitocôndria, os eletrões podem ser passados para NAD+ ou FAD. Dado o rendimento diferente de ATP dependendo do portador de eletrões, o rendimento total da respiração celular é de 30 a 32 ATP por molécula de glicose.


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