Questão 116 do ENEM 2022 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos entender o papel do gás oxigênio ($\text{O}_2$) no metabolismo celular. O sistema descrito contém células autotróficas e heterotróficas, e ambas realizam a respiração celular aeróbica para obter energia a partir da glicose.

Na respiração celular aeróbica, a quebra da glicose ocorre em três etapas principais: a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória (ou fosforilação oxidativa). O gás oxigênio participa apenas da última etapa, a cadeia respiratória.

Durante a cadeia respiratória, os elétrons ricos em energia, provenientes das etapas anteriores, são transportados por uma série de proteínas na membrana mitocondrial interna. O oxigênio atua como o aceptor final de elétrons dessa cadeia. Ao receber esses elétrons e se ligar a íons de hidrogênio ($\text{H}^+$) presentes na matriz mitocondrial, o oxigênio é reduzido, formando moléculas de água ($\text{H}_2\text{O}$).

A equação simplificada dessa etapa final é: $\frac{1}{2} \text{O}_2 + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}$

Como o oxigênio fornecido ao sistema está marcado com o isótopo $^{18}\text{O}$ (na forma de $^{18}\text{O}_2$), esse isótopo será incorporado nas moléculas de água formadas ao final da respiração celular. Portanto, a água produzida será $\text{H}_2^{18}\text{O}$.

Vamos analisar rapidamente por que as outras alternativas estão incorretas:

• B e C: O piruvato e o etanol são produtos da quebra da glicose (na glicólise e na fermentação, respectivamente). O oxigênio presente nessas moléculas provém da própria glicose, e não do gás oxigênio.
• D: Na fotossíntese, o oxigênio que compõe a molécula de glicose provém do gás carbônico ($\text{CO}_2$), e não da água ou do gás oxigênio.
• E: O gás carbônico ($\text{CO}_2$) liberado no ciclo de Krebs contém átomos de oxigênio provenientes da glicose e da água que participa das reações do ciclo, mas não do gás oxigênio respirado.

Assim, a detecção do isótopo ocorrerá na água produzida na respiração.