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A teoria quimiosmótica, postulada em 1961 por Peter Mitchel permite
explicar de que forma o transporte de eletrões ao longo da cadeia respiratória
mitocondrial está relacionado com a síntese de ATP. Na realidade, à medida que
os eletrões vão atravessando os complexos da cadeia respiratória, eles vão
estar como que a descer uma “escadaria energética”, passando sempre
gradualmente para um nível energético inferior. Por outras palavras, vão sendo libertadas
pequenas quantidades de energia, que individualmente não têm grande utilidade
para a célula. No entanto, parte dessa energia é utilizada para bombear protões
para o espaço intermembranar, ou seja, parte da energia libertada é conservada
sob a forma de um gradiente de H+. Este gradiente permite a acumulação de uma
grande quantidade de energia, pois trata-se de um gradiente eletroquímico. É um
gradiente químico, pois estamos a falar de uma assimetria de concentrações de
H+ entre os dois lados da membrana interna. Mas é simultaneamente um gradiente
elétrico, pois gera-se uma assimetria de cargas. O H+ é bombeado para o espaço
intermembranar sem o envio de nenhum contra-ião, ou seja, vão-se acumular
cargas positivas no espaço intermembranar, quando comparado com a matriz que se
torna mais negativa. A esta altura muitos devem estar a perguntar “Mas qual é a
utilidade desse processo? Para que é que a célula precisa de um gradiente de
H+?” A teoria quimiosmótica explica exatamente isso!
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Além dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial,
existe também uma enzima membranar (localizada na membrana interna), designada
por ATP sintase mitocondrial (
mais informações sobre esta enzima aqui). Além da
subunidade catalítica, esta enzima possui uma subunidade que funciona como um
poro transmembranar para a passagem de protões. Portanto a ideia é simples… os
protões que se vão acumulando no espaço intermembranar, vão atravessar a
membrana interna através desse poro, e como esse transporte ocorre a favor do
gradiente eletroquímico, ocorre libertação de energia. Essa energia é utilizada
pela ATP sintase mitocondrial para produzir ATP.