Questão 127 do ENEM 2022 — Ciências da Natureza

A questão aborda um mecanismo biológico fascinante de sobrevivência: a geração de calor por ursos durante o período de dormência. O texto nos informa que uma proteína chamada termogenina atua na mitocôndria, impedindo que os prótons cheguem até a enzima ATP sintetase. Nosso objetivo é identificar em qual etapa do metabolismo energético celular essa enzima e esse processo estão localizados.

Para resolver isso, precisamos relembrar as etapas da respiração celular aeróbica, que funciona como a "usina de energia" da célula. Esse processo é dividido em três fases principais:

1. Glicólise

Ocorre no citoplasma da célula. É a quebra inicial da molécula de glicose em duas moléculas de piruvato, gerando um saldo pequeno de $ATP$ e $NADH$. Não há envolvimento de mitocôndrias, gradiente de prótons ou ATP sintetase nesta etapa.

2. Ciclo do Ácido Cítrico (ou Ciclo de Krebs)

Ocorre na matriz mitocondrial. O piruvato (após ser oxidado a Acetil-CoA) é completamente degradado, liberando $CO_2$ e transferindo elétrons de alta energia para carreadores ($NADH$ e $FADH_2$). Embora produza um pouco de energia ($ATP$ ou $GTP$), também não utiliza a ATP sintetase nem um gradiente de prótons.

3. Fosforilação Oxidativa

Ocorre nas cristas mitocondriais (membrana interna da mitocôndria). É aqui que a produção em massa de energia acontece. Os elétrons trazidos pelo $NADH$ e $FADH_2$ passam pela Cadeia Transportadora de Elétrons. A energia desses elétrons é usada para bombear prótons ($H^+$) da matriz para o espaço intermembrana, criando um gradiente de concentração (como água acumulada em uma represa).

A única forma eficiente de esses prótons voltarem para a matriz é passando por um complexo proteico chamado ATP sintetase (a "turbina" da represa). Quando os prótons passam por ela, a enzima gira e catalisa a produção de $ATP$.

O enunciado menciona exatamente essa "turbina". A termogenina é uma proteína desacopladora que se insere na membrana interna da mitocôndria e cria um caminho alternativo. Ela permite que os prótons ($H^+$) voltem para a matriz mitocondrial sem passar pela ATP sintetase. Como a energia do gradiente de prótons não é usada para sintetizar $ATP$, ela é dissipada na forma de calor. Esse calor é o que mantém o urso aquecido.

Analisando as alternativas com base nesse conhecimento:

• A) Glicólise: Incorreta. Ocorre no citoplasma e não possui ATP sintetase.
• B) Fermentação lática: Incorreta. É um processo anaeróbico citoplasmático.
• C) Ciclo do ácido cítrico: Incorreta. Ocorre na matriz mitocondrial, mas não envolve a ATP sintetase.
• D) Oxidação do piruvato: Incorreta. É a etapa de transição para o Ciclo de Krebs, sem relação com o gradiente de prótons.
• E) Fosforilação oxidativa: Correta. É a etapa final da respiração celular, composta pela cadeia transportadora de elétrons e pela quimiosmose (onde atua a ATP sintetase). A termogenina interfere diretamente neste processo ao desacoplar a oxidação da fosforilação.

Portanto, a termogenina age na fosforilação oxidativa, transformando a mitocôndria em um verdadeiro aquecedor biológico.