RESUMÃO BIOQÍMICA METABÓLICA

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RESUMÃO METABÓLICA
INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA METABÓLICA PARA FARMÁCIA
O metabolismo é uma atividade celular altamente coordenada para: 
• Obter energia química; 
• Converter moléculas dos nutrientes em moléculas par as células; 
• Polimerizar macromoléculas; 
• Sintetizar e degradar biomoléculas para as funções especializadas
Compostos comuns a todas as vias metabólicas:
• Compostos cuja função é armazenar e transferir energia contida em ligações de grupos fosfato 
• Compostos cuja função é transferir elétrons 
• Compostos cuja função é transferir grupos funcionais
*Os produtos formados na hidrólise do ATP são mais estáveis porque fazem ressonância e apresentam menos repulsão eletrostática
· Necessidade de acoplamento das reações 
· Intermediários energéticos
· Regulação da Atividade Enzimática
· Disponibilidade de substrato 
· Regulação alostérica (ex.ATP) 
· Fatores de crescimento e hormônios Mecanismos alostéricos ou modificações covalentes 
· Transcrição gênica
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DO METABOLISMO DE CARBOIDRATOS 
Carboidratos:
• Poli-hidroxialdeídos ou poli-hidroxicetonas, ou substâncias que geram esses compostos quando hidrolisadas.
Ligação glicosídica
a-amilase
Hidrolisa de 3 a 5% do total das ligações
Destinos da glicose: 
1. Oxidada à piruvato (glicólise) 
2. Oxidada na via das pentoses-fosfato 
3. Síntese de polissacarídeos complexos 
4. Armazenada na célula
Via glicolítica Nome: 
Via catabólica;
Ocorre no citosol das células (obs: em células vegetais algumas enzimas são encontradas nos plastídeos);
Via metabólica, na qual a glicose é convertida à piruvato com a produção líquida de 2 moléculas de ATP e 2 moléculas de NADH + H+; 
Sequência de 10 reações divididas em 2 fases: preparatória e pagame.
O saldo da glicólise é simples: a glicose é quebrada em duas moléculas de piruvato além disso, duas moléculas de ATP e duas de NADH são formadas.
GLICONEOGÊNESE + FERMENTAÇÃO 
Gliconeogênese Importante no :
• Jejum prolongado 
• Consumo inadequado de carboidratos 
• Recuperação após atividade muscular intensa, alta taxa de degradação de glicose em lactato no músculo
· A partir de precursores que não são carboidratos:
· Fontes de carbono para formar a molécula de glicose, precursores não glicídicos: 
· Lactato (glicólise anaeróbica) 
· Glicerol (lipólise do triacilglicerol) 
· Aminoácidos (proteína muscular)
Se transformam em piruvato ou entram na via na forma de intermediário: oxaloacetato e di-hidroxicetona fosfato
1) Formação de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato 
• O piruvato é convertido em oxaloacetato antes de ser transformado em fosfoenolpiruvato 
• Envolve enzimas do citosol (fosfoenolpiruvato carboxiquinase) e da mitocôndria (piruvato carboxilase) 
• Duas ligações “ricas em energia” são consumidas para converter Piruvato em PEP (1 ATP e 1 GTP) na Gliconeogênese 
• Na glicólise 1 ATP é gerado da conversão de PEP a piruvato
*Piruvato carboxilase requer biotina como cofator – reação na mitocondria
O oxaloacetato não pode atravessar a membrana mitocondrial – convertido a malato
Fosfoenolpiruvato carboxiquinase
· Catalisa a fosforilação e descarboxilação concomitante do Oxaloacetato - GTP = Doador de Fosforila.
· A descarboxilação leva a um rearranjo de elétrons que facilita o ataque do oxigênio do carbonil da porção piruvato sobre o fosfato do GTP - Reação ocorre no citosol Fosfoenolpiruvato carboxiquinase A descarboxilação do oxaloacetato e a rápida retirada de PEP dirigem a termodinâmica da conversão.
2) A formação de Frutose 6P a partir de Frutose 1,6-bifosfato 
· Reação catalisada pela frutose 1,6-bifosfatase (FBPase-1), depende de Mg2+ 
· Importante ponto de regulação alostérica Hidrólise do fosfato de C1 (não é uma reação de transferência de fosforil) Na glicólise 1 ATP é utilizado para a conversão de Frutose 6P em frutose 1,6P
3) A formação de Glicose a partir de Glicose 6P 
· Reação catalisada pela glicose-6-fosfatase, depende de Mg2+ 
· 
· Hidrólise do fosfato de C6 (não é uma reação de transferência de fosforil) 
· 
· Na glicólise 1 ATP é utilizado para a conversão de glicose em glicose-6P
O balanço energético da produção de 1 GLICOSE a partir de 2 PIRUVATOS 
Gliconeogênese - para cada glicose formada 6 grupos fosfato de alta energia são consumidos, além de 2 moléculas de NADH: 
2 Piruvatos + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H2O glicose + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+ 
Evidentemente não é o reverso da glicólise, que exigiria apenas 2 moléculas de ATP: 
glicose + 2ATP + 2Pi + NAD+ 2 Piruvatos + 2ATP + 2NADH + 2H+ + H2O
Glicólise e Gliconeogênese são mutuamente reguladas: em condições normais uma via está relativamente inativa enquanto a outra está ativa
INSULINA: aumenta o nível de frutose-2,6-bifosfato que se liga alostéricamente a PFK1, estimulando a Glicólise
GLUCAGON: reduz nível de frutose-2,6-bifosfato, estimula a Gliconeogênese
A alanina liberada pelo músculo ativo é convertida em glicose no fígado, jogada na circulação e captada pelo músculo novamente
Frutose como precursor da Gliconeogênese:
FERMENTAÇÃO
Exercícios de alta intensidade: Gera acidificação resultante da ionização do ácido láctico nos músculos e no sangue, o que limita o período de atividade vigorosa. 
FERMENTAÇÃO ALCOOLICA:
"Trata-se de uma fermentação realizada por alguns tipos de bactérias e alguns fungos (como a levedura Sacharomyces cerevisiae). Nessa reação, o ácido pirúvico (cuja fórmula é C3) é descarboxilado (perde sua hidroxila), gerando acetaldeído por meio da ação da enzima piruvato descarboxilase (ausente em animais).
Como resultado dessa fermentação, o NADH produz a redução do acetaldeído a moléculas de etanol (C2H6O), produzindo ainda o dióxido de carbono (CO2)."
FERMENTAÇÃO ACÉTICA:
"A fermentação acética ocorre quando o etanol, obtido a partir da fermentação alcoólica, entra em contato com bactérias da família Pseudomonaceae, como a Acetobacter ou Gluconobacter.
Essas bactérias transformam o etanol em moléculas de ácido acético (C2H4O2) por meio de um processo de oxidação. O ácido acético é o principal componente do vinagre."
METABOLISMO DO GLICOGÊNIO - GLICOGÊNESE + GLICOGENÓLISE 
O Glicogênio é o principal polissacarídeo de armazenamento das células animais. É um polímero de glicose com ligações α 14 entre as subunidades de glicose e α 16 nas ramificações. É extensivamente ramificado, sendo mais compacto que o Amido. O Glicogênio apresenta apenas 1 extremidade redutora, e, quando é utilizado como fonte de energia, as unidades de glicose são removidas 1 a 1 a partir das extremidades não-redutoras, porém mais de 1 enzima pode trabalhar em uma mesma molécula de Glicogênio simultaneamente, acelerando a degradação.
A Glicogênese é a síntese de glicogênio. Esse processo ocorre tanto nos músculos quanto no fígado. O glicogênio muscular é uma reserva de combustível para a produção de ATP dentro desse tecido, enquanto o glicogênio hepático é uma reserva de glicose para a manutenção das concentrações de glicose no sangue. 
Quando começa a entrar muita glicose na célula hepática ou muscular, ela deve ser encaminhada para vários metabolismos, como a glicólise, a glicogênese e também a lipogênese, entre outros. Para ser encaminhada para a formação de glicogênio, a glicose deve ser marcada com um UDP formando UDP-glicose. 
Esta ativação ocorre a partir da formação de glicose-6-fosfato na célula e por causa da ativação enzimática ocasionada pela insulina. Ativando, portanto, a UDP-glicose fosforilase. Após a ativação da glicose, a glicogênio sintase catalisa a retirada de UDP da UDP-glicose e a ligação do carbono 1 da glicose recém chegada ao carbono 4 da última molécula do glicogênio, formando, portanto, ligações α 1 → 4. 
Após a ação da glicogênio sintase, a enzima ramificadora (Glicosil 4 6 transferase) quebra a ligação α 1→ 4 e, em seguida, coloca a cadeia glicosídica em uma posição acima da estrutura do glicogênio e forma uma ligação α 1 6, ramificando a estrutura. Depois disso, a Glicogênio sintase continua aumentandoa cadeia e esse processo ocorre várias vezes até que a estimulação da insulina termine
Glicogenólise:
Em uma hipoglicemia ou durante exercício físico, os hormônios glucagon e adrenalina ativam as enzimas da glicogenólise. O glicogênio hepático é aquele que contribui para o aumento da glicemia. O glicogênio do músculo serve para a via glicolítica, para produção de ATP. Para iniciar a quebra do glicogênio, a glicogênio fosforilase quebra as ligações α 1→4 colocando, ao mesmo tempo, fosfato inorgânico no carbono 1 da molécula de glicose e liberando glicose-1-fosfato. Esta quebra ocorre até que sobrem 4 moléculas de glicose na ramificação. Em seguida, a enzima desramificadora, que é uma transferase, transfere as 3 últimas moléculas que estão em ligação α 1→4 para a ponta da cadeia, sobrando apenas 1 molécula em ligação α 1→6. Depois disso, a α 1→6 glicosidase quebra a ligação α 1→6, liberando glicose. O que sobra é um polissacarídeo linear que continua a ser quebrado pela glicogênio fosforilase, até que sobrem 4 moléculas de glicose ligadas na glicogenina.
FOTOSSÍNTESE: 
processo realizado por organismos autotróficos fotossintetizantes, como plantas, algas e alguns procariontes. Esses organismos captam a luz solar, convertem-na em energia química, que será utilizada para a produção de compostos orgânicos, baseada em água e dióxido de carbono. Um dos produtos finais desse processo é o oxigênio, que é liberado no ambiente.
ocorre em duas etapas (descritas mais adiante) nos cloroplastos, organelas presentes nas células dos organismos eucariontes fotossintetizantes. Essas organelas armazenam os pigmentos fotossintetizantes, que são responsáveis pela absorção da luz. Dentre esses diversos pigmentos, como as clorofilas, carotenoides e ficobilinas, destaca-se a clorofila-a como principal, sendo encontrada em todos os organismos fotossintetizantes.
VIA PENTOSE-FOSFATO 
A via de pentose fosfato é uma via alternativa para o metabolismo da glicose que não resulta na formação de ATP. Suas principais funções são a formação de NADPH para a síntese de ácidos graxos e esteroides, assim como a síntese de ribose-5-fosfato para a formação de nucleotídeos e ácidos nucleicos. A via de pentoses forma 3 moléculas de CO2 e três açúcares de cinco carbonos, a partir de 3 moléculas de glicose-6-fosfato. Os açúcares serão rearranjados para regenerar duas moléculas de glicose-6-fosfato. A via das pentoses fosfato é realizada por todas as células, e as que sofrem múltiplas divisões fazem mais
.
A via de Pentose Fosfato
As enzimas da via de pentose fosfato são citossólicas, isto é, todas as reações da via ocorrem no citosol da célula. A sequência das reações pode ser dividida em duas fases: Fase Oxidativa e Fase não-oxidativa.
Fase Oxidativa: A fase oxidativa é a fase em que a glicose-6-fosfato sofre desidrogenação e descarboxilação para dar origem a uma ribulose-5-fosfato, catalisada pela enzima glicose-6-fosfato desidrogenase, uma enzima dependente de NADP+, e um segundo passo é catalisado pela 6-fosfogliconato desidrogenase, que também é dependente de NADP+, para formar NADPH e a cetopentose ribulose-5-fosfato
Fase não-Oxidativa: Nesta fase, a ribulose-5-fosfato é convertida novamente em glicose-6-fosfato por uma série de reações envolvendo principalmente duas enzimas: a Transcetolase e a Transaldolase. Serão formadas, a partir da ribulose-5-fosfato, vários intermediários da via glicolítica, como a frutose-6-fosfato e o gliceraldeído-3-fosfato.
CICLO DO GLIOXILATO 
O ciclo do glioxilato, também conhecido como ciclo de Toledo, é uma via alternativa de metabolismo de acetil-CoA, encontrada nos vegetais e em algumas bactérias, que permite a síntese de glicose e a produção de intermediários do ciclo de Krebs a partir de acetil-CoA. Por isso mesmo essa via conta com a presença de enzimas do ciclo de Krebs (citrato-sintase e aconitase) além de duas enzimas ausentes nessa via (isocitrato liase e a malato sintase).
No ciclo de Krebs, o isocitrato é convertido em alfa-cetoglutarato, que é convertido em succinato, enquanto que no ciclo do glioxilato, o isocitrato origina o succinato e o glioxilato. O succinato regenera o oxaloacetato e o glioxilato se condensa com acetil-CoA formando o malato. Este vai passar para o citosol, onde origina oxaloacetato, que pode ser transformado em glicose pela neoglicogênese. O ciclo de glioxilato desta forma permite a conversão de acetil-CoA e, portanto, de ácidos graxos, a glicose.
Essa via não está presente em animais, devido à importância da via convencional para o sistema nervoso. O ciclo do glioxilato não produz alfa-cetoglutarato, um precursor do glutamato. Glutamato atua como neurotransmissor excitatório e como precursor do GABA, outro neurotransmissor, de função inibitória.
Os intermediários do ciclo do glioxilato mostrados em projeções de Fischer mostram as mudanças químicas passo a passo. Tal imagem pode ser comparada com a representação como modelo poligonal.
CICLO DE KREBS 
"O ciclo de Krebs é uma etapa da respiração celular que ocorre na mitocôndria, mais precisamente na matriz mitocondrial. Também chamado de ciclo do ácido cítrico e ciclo do ácido tricarboxílico, esse transcurso foi descrito por Hans Krebs no começo da década de 1930.
Etapas do ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico ocorre em oito etapas distintas. Cada uma das etapas é catalisada por uma enzima diferente. O ciclo tem início após o processo de glicólise, com a entrada do piruvato na mitocôndria. O piruvato é convertido em um composto denominado acetil-CoA ou acetil coenzima A.
Ocorre na matriz da mitocôndria. 
→ Primeira etapa do ciclo de Krebs
Na primeira etapa, o grupo acetila do acetil-CoA é transferido a uma molécula de quatro carbonos, o oxaloacetato, produzindo o citrato, forma ionizada do ácido cítrico. O ácido cítrico é um ácido tricarboxílico de seis carbonos, motivo pelo qual o ciclo de Krebs é também chamado de ciclo do ácido cítrico e ciclo do ácido tricarboxílico.
→ Segunda etapa do ciclo de Krebs
Na segunda etapa, o citrato é convertido em isocitrato, seu isômero, por meio de uma reação na qual ocorre a remoção de uma molécula de água e adição de uma outra.
→ Terceira etapa do ciclo de Krebs
Na terceira etapa, a primeira de quatro etapas de oxidação, o isocitrato é oxidado, e NaD+ é reduzido a NADH. O composto resultante é instável e perde uma molécula de gás carbônico.
→ Quarta etapa do ciclo de Krebs
Na quarta etapa, ocorre uma oxidação que produz gás carbônico e reduz NAD+ a NADH. A molécula restante é anexada à coenzima A por meio de uma ligação instável.
→ Quinta etapa do ciclo de Krebs
Na quinta etapa, a coenzima A é substituída por um grupo fosfato, formando uma ligação fosfato a succinato de alta energia. O fosfato é transferido ao GDP, formando GTP. O GTP, ou trifosfato de guanosina, é uma molécula parecida em estrutura e função com o ATP. Ele pode ser usado pela célula para produzir ATP ou então diretamente para realização de trabalho. Em bactérias e plantas, há formação de ATP no lugar de GTP.
→ Sexta etapa do ciclo de Krebs
Na sexta etapa, terceira etapa de oxidação do ciclo de Krebs, a FAD remove dois átomos de hidrogênio do succinato, levando à formação de FADH2.
→ Sétima etapa do ciclo de Krebs
Na sétima etapa, uma molécula de água é adicionada ao fumarato.
→ Oitava etapa do ciclo de Krebs
Na oitava etapa, última das quatro etapas de oxidação do ciclo, o substrato é oxidado, reduzindo NAD+ a NADH e regenerando o oxaloacetato. Como o oxaloacetato inicia o processo e é regenerado ao fim das oito etapas, dizemos que essa sequência de reações forma um ciclo."
CADEIA DE TRANSPORTE DE ELÉTRONS E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
A cadeia transportadora de elétrons é uma série de proteínas e moléculas orgânicas encontradas na membrana interna da mitocôndria. Os elétrons são passados de um componente da cadeia transportadora para outro em uma série de reações redox. A energia liberada nestas reações é capturada na forma de um gradiente de prótons, o qualé usado para produzir ATP em um processo chamado quimiosmose. Juntas, a cadeia transportadora de elétrons e a quimiosmose formam a fosforilação oxidativa. 
· Entrega de elétrons por NADH e FADH_22​start subscript, 2, end subscript. Os carreadores reduzidos (NADH e FADH_22​start subscript, 2, end subscript) das outras etapas da respiração celular transferem seus elétrons para moléculas próximas ao início da cadeia de transporte. No processo, eles voltam a ser NAD^++start superscript, plus, end superscript e FAD, que podem ser reutilizados em outras etapas da respiração celular.
· Transferência de elétrons e bombeamento de prótons. Conforme os elétrons passam pela cadeia, eles se movem de um nível de energia mais alta para um de mais baixa, liberando energia. Parte dessa energia é usada para bombear íons H^++start superscript, plus, end superscript, tirando-os da matriz celular e jogando-os no espaço intermembranar. Esse bombeamento estabelece um gradiente eletroquímico.
· Divisão do oxigênio, formando água. No final da cadeia de transporte de elétrons, os elétrons são transferidos para a molécula de oxigênio, que é se divide ao meio e se junta ao H^++start superscript, plus, end superscript, formando água.
· Síntese de ATP causada pelo gradiente. Conforme os íons H^++start superscript, plus, end superscript fluem a favor do gradiente para a matriz, eles passam por uma enzima chamada ATP sintase, que aproveita o fluxo de prótons para sintetizar ATP.
A cadeia transportadora de elétrons é um grupo de proteínas e moléculas orgânicas inseridas na membrana, a maior parte delas organizadas em quatro grandes complexos numerados de I a IV. Em eucariontes, muitos exemplares dessas moléculas são encontrados na membrana mitocondrial interna. Em procariontes, os componentes da cadeia transportadora de elétrons são encontrados na membrana plasmática.
Os elétrons ao passarem pela cadeia, passam de um nível mais alto de energia para outro mais baixo, movendo-se de moléculas menos ávidas por elétrons para moléculas mais ávidas. Libera-se energia nessa transferência "descendente" de elétrons, e muitos dos complexos de proteínas utilizam a energia para bombear prótons da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar, formando um gradiente de prótons. 
Imagem da cadeia de transporte de elétrons. Todos os componentes da cadeia fazem parte da membrana mitocondrial interna. Na matriz, o NADH deposita elétrons no Complexo I, tornando-se NAD+ e liberando um próton na matriz. O FADH2 da matriz deposita elétrons no Complexo II, tornando-se FAD e liberando 2 H+. Os elétrons dos Complexos I e II são passados para o pequeno e ágil carreador Q. O Q transporta os elétrons para o Complexo III, que os passa para o Citocromo C. O Citocromo C passa os elétrons para o Complexo IV, que os passa para o oxigênio da matriz, formando água. São necessário dois elétrons, 1/2 O2 e 2 H+ para formar uma molécula de água. Os Complexos I, III e IV usam a energia liberada pelo movimento dos elétrons de um nível de alta energia para um nível de baixa energia para bombear os prótons da matriz para o espaço intermembranar, gerando um gradiente protônico.
Todos os elétrons que entram na cadeia de transporte vêm das moléculas de NADH e FADH_22​start subscript, 2, end subscript produzidas durante os primeiros estágios da respiração celular: glicólise, oxidação do piruvato e do ciclo do ácido cítrico.
· O NADH é um bom doador de elétrons em reações redox (ou seja, seus elétrons estão em um alto nível de energia), portanto ele pode transferir seus elétrons diretamente para o complexo I, voltando a ser NAD^++start superscript, plus, end superscript. Conforme os elétrons percorrem o complexo I em uma série de reações redox, energia é liberada e o complexo usa essa energia para bombear prótons da matriz para o espaço intermembranar.
· O FADH_22​start subscript, 2, end subscript não é tão bom doador de elétrons quanto o NADH (ou seja, seus elétrons estão em um nível de energia mais baixa), então não pode transferir seus elétrons para o complexo I. Em vez disso, ele os leva pela cadeia de transporte até o complexo II, que não bombeia prótons através da membrana.
Por causa desse "atalho", cada molécula de FADH_22​start subscript, 2, end subscript faz com que menos prótons sejam bombeados (e contribui menos ao gradiente de próton) do que cada molécula de NADH.
Fora dos dois primeiros complexos, os elétrons de NADH e FADH_22​start subscript, 2, end subscript percorrem exatamente a mesma rota. Tanto o complexo I quanto o complexo II passam seus elétrons para um pequeno e ágil carreador de elétrons chamado ubiquinona (Q), que é reduzido para formar QH_22​start subscript, 2, end subscript e atravessa a membrana entregando os elétrons ao complexo III. Conforme os elétrons percorrem o complexo III, mais íons H^++start superscript, plus, end superscript íons são bombeados através da membrana, e os elétrons são finalmente entregues a outro ágil carreador chamado citocromo C (cit C). O cit C carrega os elétrons até o complexo IV, onde um último grupo de íons H^++start superscript, plus, end superscript é bombeado através da membrana. O complexo IV passa os elétrons para o O_22​start subscript, 2, end subscript, que se divide em dois átomos de oxigênio que aceitam prótons da matriz, formando água. São necessários quatro elétrons para reduzir cada molécula de O_22​start subscript, 2, end subscript, e duas moléculas de água são formadas no processo. 
Afinal, o que a cadeia transportadora de elétrons faz pela célula? Ela tem duas importantes funções:
· Regenera os transportadores de elétrons. O NADH e o FADH_22​start subscript, 2, end subscript passam seus elétrons para a cadeia de transporte, voltando a ser NAD^++start superscript, plus, end superscript e FAD. Isso é importante porque as formas oxidadas destes carreadores de elétrons são usadas na glicólise e no ciclo de ácido cítrico, portanto precisam estar disponíveis para que esses processos funcionem.
· Produz um gradiente de prótons. A cadeia de transporte produz um gradiente de prótons na membrana mitocondrial interna, com uma concentração maior de H^++start superscript, plus, end superscript no espaço intermembranar e uma concentração menor na matriz. Esse gradiente representa uma forma armazenada de energia e, como veremos, pode ser usado para produzir ATP.
Quimiosmose
Os Complexos I, III, e IV da cadeia transportadora de elétrons são bombas de prótons. À medida que os elétrons se movem para níveis de energia mais baixos, os complexos capturam a energia liberada e a utilizam para bombear íons H^++start superscript, plus, end superscript da matriz para o espaço intermembranar. Este bombeamento forma um gradiente eletroquímico através da membrana mitocondrial interna. O gradiente é, algumas vezes, chamado de força próton-motiva e pode-se considerá-lo como uma forma de energia armazenada, semelhante a uma bateria.
Assim como muitos outros íons, prótons não são capazes de atravessar diretamente a bicamada fosfolipídica da membrana, pois o interior desta é muito hidrofóbico. Ao invés disso, os íons H^++start superscript, plus, end superscript podem se mover a favor de seu gradiente de concentração somente com auxílio de proteínas de canal que formam túneis hidrofílicos através da membrana.
Na membrana mitocondrial interna, íons H^++start superscript, plus, end superscript têm apenas um canal disponível: uma proteína transmembranar conhecida como ATP sintase. Conceitualmente, a ATP sintase se assemelha a uma turbina de usina hidroelétrica. Ao invés de ser acionada pela água, ela é acionada pelo fluxo de íons H^++start superscript, plus, end superscript movendo-se a favor de seu gradiente eletroquímico. À medida que a ATP sintase transforma a energia, ela catalisa a adição de um fosfato ao ADP, capturando a energia do gradiente de prótons na forma de ATP.
Diagrama de visão geral da fosforilação oxidativa. A cadeia de transporte de elétrons e a ATP sintase fazem parte da membrana mitocondrial interna.O NADH e o FADH2 produzidos no ciclo de ácido cítrico (na matriz mitocondrial) depositam seus elétrons na cadeia de transporte de elétrons nos complexos I e II, respectivamente. Esta etapa regenera o NAD+ e o FAD (os carreadores oxidados) para serem usados no ciclo de ácido cítrico. Os elétrons fluem pela cadeia de transporte de elétrons, fazendo com que os prótons sejam bombeados da matriz para o espaço intermembranar. Ao final, os elétrons são passados para o oxigênio, que se combina com prótons para formar água. O gradiente de prótons gerado pelo bombeamento de prótons durante a cadeira de transporte de elétrons é uma forma de energia armazenada. Quando os prótons fluem de volta a favor do gradiente de concentração (do espaço intermembranar para a matriz), a única rota possível é pela ATP sintase, uma enzima presente na membrana mitocondrial interna. Quando os prótons fluem pela ATP sintase, eles a fazem girar (assim como a água gira uma roda d'água), e seu movimento catalisa a conversão de ADP e Pi em ATP.
Chama-se este processo, em que a energia de um gradiente de prótons é usado para fazer ATP, de quimiosmose . Mais amplamente, a quimiosmose pode se referir a qualquer processo em que a energia armazenada em um gradiente de prótons é usada para realizar trabalho. Embora a quimiosmose seja responsável por mais de 80% do ATP produzido durante a quebra da glicose na respiração celular, ela não é exclusiva da respiração celular. Por exemplo, a quimiosmose também está envolvida nas reações dependentes da luz da fotossíntese da luz .
O que aconteceria com a energia armazenada no gradiente de prótons se ela não fosse usada para sintetizar ATP ou realizar outro trabalho celular? Ele seria liberado na forma de calor, e, curiosamente, alguns tipos de células usam o gradiente de próton especificamente para gerar calor em vez de na síntese de ATP. Isso pode parecer um desperdício, mas é uma estratégia importante dos animais que precisam se manter aquecidos. Por exemplo, mamíferos que hibernam (como ursos) têm células especializadas conhecidas como células adiposas marrons.N as células adiposas marrons, proteínas de desacoplamento são produzidas e inseridas na membrana mitocondrial interna. Estas proteínas são apenas canais que permitem que os prótons passem do espaço intermembranar para a matriz sem passar pela ATP sintase. Ao criar uma rota alternativa para prótons voltarem para a matriz, as proteínas de desacoplamento permitem que a energia do gradiente seja dissipada na forma de calor.
RENDIMENTO DE ATP
 A energia liberada pelos elétrons de NADH e do FADH2 em sua passagem pela cadeia respiratória rendem, teoricamente, 34 moléculas de ATP. Em condições normais, porém, esse rendimento é menor, sendo formadas 26 moléculas.