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Questão 127 do ENEM 2023

2º dia · Ciências da Natureza · H15 · Biologia: Respiração celular

Toxicidade do cianeto

A produção de ATP depende do gradiente de prótons gerado pela cadeia respiratória. Nessas reações, os elétrons provenientes da oxidação do NADH em \ce{NAD+} percorrem a cadeia até chegarem à citocromo c oxidase reduzindo o \ce{Fe^{3+}} a \ce{Fe^{2+}}. O oxigênio atua como aceptor final desses elétrons formando água. O cianeto é uma espécie química altamente tóxica que tem grande afinidade pelo \ce{Fe^{3+}}. Quando células são expostas ao cianeto, ele se liga ao sítio de \ce{Fe^{3+}} da citocromo c oxidase, impedindo a sua conversão em \ce{Fe^{2+}} e bloqueando a cadeia respiratória.

Esquema da cadeia respiratória com reações de oxi-redução em sequência: o substrato do nutriente se oxida a CO2 enquanto NAD+ se reduz a NADH; NADH é oxidado a NAD+ transferindo elétrons para o Transportador 1, que passa para o Transportador 2, depois Transportador 3, e por fim para a Citocromo c oxidase, que converte Fe3+ (em destaque verde) a Fe2+, transferindo elétrons ao oxigênio (1/2 O2) para formar água (H2O).

ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. Porto Alegre: Artmed, 2010 (adaptado).

Esse bloqueio aumenta a concentração celular de

  1. A
    ATP.
  2. B
    água.
  3. C
    NADH.
  4. D
    dióxido de carbono.
  5. E
    citocromo c oxidase.
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Resolução comentada

A cadeia respiratória funciona como uma fila de reações de oxirredução. O NADH doa elétrons ao transportador 1, que passa ao 2, depois ao 3, à citocromo c oxidase (que reduz \ce{Fe^{3+}} a \ce{Fe^{2+}}) e, por fim, ao \ce{O2}, formando água.

O cianeto se liga ao \ce{Fe^{3+}} e impede a última etapa. Como a fila anda só se o último elo funcionar, os elétrons não fluem e todos os transportadores ficam presos na forma reduzida.

Acompanhe as consequências:

  1. Sem o fluxo de elétrons, o \ce{NADH} não consegue doar seus elétrons ao transportador 1, então não é oxidado a \ce{NAD+}.
  2. O \ce{NADH} continua sendo produzido na oxidação dos nutrientes, mas não é consumido. Sua concentração aumenta.
  3. Sem o gradiente de prótons, cai a síntese de ATP, e o \ce{O2} não é reduzido, o que diminui a formação de água.
  4. A citocromo c oxidase não é produzida nem consumida nesse processo. Ela é uma enzima, e o cianeto apenas a inibe. Sua quantidade não muda.

O \ce{CO2} vem da oxidação do substrato, que depende da regeneração do \ce{NAD+}. Sem \ce{NAD+}, essa oxidação também diminui, então o \ce{CO2} não aumenta.

Portanto, o que se acumula é o \ce{NADH}.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ASem gradiente de prótons, a síntese de ATP diminui, não aumenta.
  • BA água é formada pela redução do O2 no fim da cadeia, etapa bloqueada; ela diminui.
  • DO CO2 vem da oxidação do substrato, que depende do NAD+ regenerado; tende a diminuir.
  • EA enzima é apenas inibida pelo cianeto; sua quantidade não aumenta.

Assunto: Respiração celular.

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