Resposta 1:
Você fez uma pergunta clássica em biologia, e claro, uma muito importante. Como os seres vivos produzem energia utilizável é importante não só do ponto de vista da compreensão da vida, mas também pode ajudar-nos a conceber produtos de colheita e produção de energia mais eficientes – se pudéssemos “imitar” a forma como as células vivas lidam com o seu equilíbrio energético, poderíamos ser capazes de melhorar imensamente a nossa tecnologia. Por exemplo, uma planta é uma colhedora de luz solar muito melhor do que até mesmo o nosso melhor painel solar. E claro, se entendermos o uso da energia, ela também pode nos ajudar a lidar com doenças humanas como diabetes.
Agora, a resposta à sua pergunta pode ser encontrada em qualquer livro de texto básico de biologia, mas às vezes, há tanta informação embalada em tal livro de texto que pode ser difícil extrair a informação que você precisa ou mais frequentemente, para ver toda essa informação em um contexto maior. Vamos tentar abordar a sua questão em várias partes.
Primeiro, precisamos de saber o que é realmente o ATP – quimicamente, é conhecido como adenosina trifosfato. O ATP é uma forma utilizável de energia para as células – a energia está “presa” numa ligação química que pode ser libertada e usada para conduzir outras reacções que requerem energia (reacções endergónicas).
Os organismos fotossintéticos utilizam a energia da luz solar para sintetizar os seus próprios combustíveis. Eles podem converter a luz solar colhida em energia química (incluindo ATP) para depois conduzir a síntese de hidratos de carbono a partir de dióxido de carbono e água. Quando eles sintetizam os carboidratos, o oxigênio é liberado. Globalmente, mais de 10 bilhões de toneladas de carbono são “fixadas” pelas plantas a cada ano – isso significa que as moléculas de carbono são convertidas de parte de um simples gás (dióxido de carbono) em moléculas mais complexas e reduzidas (carboidratos), tornando o carbono disponível como alimento para não-fotosintetizadores (e, claro, fornecendo oxigênio). Eles utilizam alguns dos carboidratos para o seu próprio crescimento e reprodução. É bastante notável quando se pensa nisso – você já esteve no Parque Nacional de Sequoia ou já viu a floresta vermelha ao longo da nossa costa noroeste? Árvores maciças, certo? Pense no fato de que a maior parte dessa massa está na forma de carbono que foi arrancado do ar como dióxido de carbono!
O processo de fotossíntese é em duas partes. Primeiro, há as reações de luz, onde a luz é convertida em energia química (um portador de elétrons reduzido e ATP). Isto ocorre nos tilacóides (membranas empilhadas) dos cloroplastos. O ATP e portadores de electrões são então utilizados num segundo conjunto de reacções, denominadas reacções independentes da luz. Isto também ocorre nos cloroplastos, mas em uma área chamada estroma. Neste caso, o dióxido de carbono é usado para produzir açúcares em uma série de reações chamadas Ciclo Calvin, fotossíntese C4, e metabolismo do ácido crassulaceano. Você pode olhar em qualquer bio livro básico para ver quanta “energia” ou “açúcar” é produzida em cada etapa do processo.
Em não-fotosintetizadores, o combustível tem que ser consumido. O combustível químico mais comum é a glicose (C6H12O6)… Outras moléculas, como gorduras ou proteínas, também podem fornecer energia, mas (geralmente) elas têm que ser convertidas primeiro em glicose ou algum intermediário que pode ser usado no metabolismo da glicose.
Agora isto nos leva à próxima parte – como passamos da glicose para o ATP? Isto é conseguido através do processo de “oxidação” – e isto é realizado através de uma série de caminhos metabólicos. Transformações químicas complexas na célula ocorrem em uma série de reações separadas para formar cada via, e cada reação é catalisada por uma enzima específica. Curiosamente, as vias metabólicas são semelhantes em todos os organismos, das bactérias aos seres humanos. Nos eucariotas (plantas e animais) muitas das vias metabólicas são compartimentadas, com certas reações ocorrendo em organelas específicas. Basicamente, as células capturam a energia livre liberada pela quebra (metabolismo) da glicose. Esta energia fica presa no ATP à medida que se converte de ADP para ATP pela adição de fosfato.
Existem 3 vias principais para a colheita de energia da glicose:
Glycolysis – inicia o metabolismo da glicose em todas as células para produzir 2 moléculas de piruvato. Ocorre fora das mitocôndrias, geralmente no citoplasma.
Respiração celular – utiliza oxigênio do ambiente e converte cada piruvato em três moléculas de dióxido de carbono enquanto aprisiona a energia liberada neste processo em ATP. Existem 3 subvias de respiração celular – oxidação piruvada, o ciclo do ácido cítrico (Krebs ou Ácido Tricarboxílico) e a cadeia de transporte de electrões. Ocorre em diferentes sub-compartimentos de mitocôndrias.
Fermentação – converte o piruvato em ácido láctico ou etanol; não necessita de oxigénio. Não é tão eficiente quanto a respiração celular; ocorre no citoplasma.
Em termos de quanto ATP é produzido, você pode olhar em seus textos básicos e avaliar quantos ATPs são usados versus quantos são produzidos para cada aspecto do metabolismo