Mitocôndrias e Cloroplastos

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<p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 1/16</p><p>Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>Biologia Celular</p><p>1. Introdução</p><p>Você já deve ter estudado sobre as mitocôndrias e os cloroplastos. As mitocôndrias e os cloroplastos</p><p>são organelas presentes no citoplasma da célula eucariontes. Elas são as organelas que devem ser</p><p>lembradas quando se fala em energia. Essas organelas são delimitadas por membranas</p><p>lipoproteicas, possuem seu próprio código genético, ou seja, DNA e RNA e por isso são</p><p>consideradas organelas semiautônomas, pois elas apresentam capacidade de realizarem a</p><p>replicação da molécula do DNA, a transcrição dos RNAr, RNAt e RNAr e síntese proteica.</p><p>As mitocôndrias são as responsáveis pela respiração celular, e neste processo há a extração de</p><p>energia dos nutrientes que será armazenada em moléculas de ATP para posterior utilização pela</p><p>célula. Já os cloroplastos são organelas derivadas dos plastos que possuem o pigmento chamado</p><p>clorofila que é responsável pela fotossíntese, processo esse que usa a luz solar, CO e água para</p><p>produzir o oxigênio e carboidratos. Estes serão utilizados pela organela mitocôndria para a</p><p>produção de energia.</p><p>Vamos estudar um pouco mais detalhado sobre essas duas organelas essenciais para manutenção</p><p>da vida?</p><p>2</p><p>Mitocôndria e cloroplasto: relação entre as organelas.</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img01-768x512.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 2/16</p><p>2. Mitocôndrias</p><p>A mitocôndria é uma das organelas membranosas encontrada nas células eucariotas. Isso significa</p><p>que esta organela é delimitada por membrana. A função básica da mitocôndria é produzir</p><p>adenosina trifosfato (ATP), a principal molécula de energia utilizada pela célula. Por esta razão, a</p><p>mitocôndria é considerada a casa de força ou central energética da célula.</p><p>As mitocôndrias são organelas citoplasmáticas bem definidas que participam de várias funções</p><p>metabólicas na célula. Para a célula sobreviver ela precisa de energia para realizar diferentes</p><p>funções. Sendo assim, as mitocôndrias são estruturas extremamente importantes, pois são elas que</p><p>fornecem toda a energia biológica necessária à célula, e elas obtêm essa energia a partir da oxidação</p><p>enzimática de compostos químicos. Praticamente todas as células eucarióticas têm mitocôndrias,</p><p>um exemplo de célula sem esta organela são as células vermelhas maduras do sangue (hemácias)</p><p>que nos últimos estágios de desenvolvimento perdem suas mitocôndrias.</p><p>2.1. Estrutura e origem</p><p>A mitocôndria foi descrita pela primeira vez em 1890 por Richard Altmann, um patologista alemão,</p><p>que as chamou inicialmente de bioblastos. No ano de 1898, o médico Carl Benda propôs o termo</p><p>mitocôndria.</p><p>A mitocôndria é uma estrutura com forma de bastonete, encontrada em células animais e vegetais.</p><p>Elas são organelas bastante complexas que desempenham várias funções essenciais ao</p><p>funcionamento correto das células eucarióticas. Por exemplo, a maior parte do ATP utilizado pela</p><p>célula, é produzida na mitocôndria. Portanto, a sobrevivência da célula depende diretamente da</p><p>integridade das mitocôndrias.</p><p>São organelas grandes que ocupam aproximadamente 20% do volume do citoplasma celular e que</p><p>mudam de forma, tamanho e número dependendo da necessidade da célula. Além disso, as</p><p>mitocôndrias se movimentam constantemente dentro do citoplasma, ou seja, não são organelas</p><p>fixas. Tipicamente, as mitocôndrias apresentam 0,75 a 3 µm de diâmetro sendo bastante difícil a</p><p>sua visualização ao microscópio óptico.</p><p>As mitocôndrias são organelas consideradas dinâmicas, pois podem se fundir ou dividir por fissão</p><p>conforme o estado fisiológico da célula, ou seja, o número de mitocôndrias em uma célula é</p><p>proporcional a sua atividade metabólica. Assim, células com alta atividade metabólica apresentam</p><p>maior número de mitocôndrias, enquanto que células com menor atividade metabólica apresentam</p><p>menor número de mitocôndrias. Por exemplo, eritrócitos não apresentam mitocôndrias, enquanto</p><p>que hepatócitos tem mais de 2000 mitocôndrias/célula.</p><p>Nas células, as mitocôndrias encontram-se preferencialmente nas regiões onde existe maior gasto</p><p>energético. Por exemplo, no espermatozoide, as mitocôndrias estão localizadas no flagelo, local de</p><p>alto gasto energético pois é a estrutura responsável pela locomoção do espermatozoide.</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 3/16</p><p>A estrutura da mitocôndria é bastante complexa. Então, para facilitar o entendimento, vamos</p><p>dividir a mitocôndria em regiões: as membranas externa e interna, o espaço intermembrana, a</p><p>matriz e as cristas mitocondriais.</p><p>A mitocôndria é formada por duas membranas (uma interna e outra externa) que consistem em</p><p>uma bicamada fosfolipídica com proteínas inseridas. Entretanto, é importante ressaltar que cada</p><p>uma destas membranas apresenta propriedades específicas. A membrana externa é aquela que</p><p>delimita a mitocôndria, separando o seu conteúdo interno do citosol. Assim, ela apresenta</p><p>composição semelhante à membrana plasmática, sendo formada por fosfolipídeos e proteínas numa</p><p>relação 1:1 em peso. Grande parte das proteínas integrais encontradas na membrana externa tem</p><p>como função principal o transporte de moléculas. Estas proteínas são chamadas de porinas, pois</p><p>formam poros na membrana tornando-a permeável a diferentes moléculas, ou seja, devido a</p><p>presença de porinas, a membrana externa é altamente permeável.</p><p>A membrana interna é rica em um tipo curioso de fosfolipídeo, chamado cardiolipina, que contém</p><p>quatro cadeias de ácidos graxos ao invés de duas. Acredita-se que a função da cardiolipina seja</p><p>garantir que a membrana interna da mitocôndria seja impermeável. Assim, diferente da membrana</p><p>externa, a membrana interna não possui porinas o que a torna altamente impermeável. Apesar de</p><p>não apresentar porinas, são encontrados aproximadamente 150 tipos diferentes de polipeptídeos na</p><p>membrana interna, fazendo com que a proporção de proteínas para lipídeos seja muito alta (>3:1</p><p>em peso, ou uma proteína para cada 15 fosfolipídeos). Cerca de um quinto de todas as proteínas</p><p>encontrada na mitocôndria estão na membrana interna e apresentam cinco funções principais:</p><p>conduzir as reações de oxidação da cadeia respiratória (fosforilação oxidativa), produzir ATP na</p><p>matriz mitocondrial, regulação do transporte de metabólitos para dentro e para fora da matriz,</p><p>importação de proteínas, fusão e fissão mitocondrial.</p><p>Membrana interna e externa (com porinas).</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/08/membana-interna-e-externa.png</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 4/16</p><p>Se observamos a figura acima, veremos que a membrana interna se dobra formando ondulações,</p><p>denominadas cristas. As cristas mitocondriais têm como finalidade aumentar a área de superfície</p><p>da membrana interna. Quanto maior a necessidade de energia da célula, maior o número de cristas</p><p>nas mitocôndrias. Por exemplo, nas células musculares cardíacas, as mitocôndrias apresentam mais</p><p>cristas quando comparadas com mitocôndrias de células hepáticas.</p><p>O espaço entre a membrana interna e externa da mitocôndria é denominado espaço</p><p>intermembrana. Este espaço apresenta a mesma composição do citosol da célula. Preenchendo todo</p><p>o espaço da membrana interna da mitocôndria encontramos a matriz mitocondrial, uma mistura</p><p>altamente concentrada de enzimas importantes para a síntese de ATP, ribossomos mitocondriais,</p><p>mRNA, tRNA e DNA mitocondrial.</p><p>As mitocôndrias têm uma pequena quantidade de DNA dupla-fita e circular próprio, denominado</p><p>DNA mitocondrial ou mtDNA. Nos seres humanos, o mtDNA possui 37 genes distribuídos em cerca</p><p>de 16.500 pares de bases, representando</p><p>uma pequena fração do DNA total nas células. Todos os</p><p>genes mitocondriais são essenciais para o funcionamento normal da organela. Desta forma, as</p><p>mitocôndrias são organelas independentes, pois possuem DNA e ribossomos próprios, que podem</p><p>replicar e multiplicar por conta própria e fabricar suas próprias proteínas. Hoje em dia sabe-se que</p><p>o mtDNA é materna, ou seja, passado da mãe (mulher) para todos os seus descendentes.</p><p>Como vimos, a mitocôndria é a única organela celular que apresenta duas membranas (um externa</p><p>e outra interna) e DNA. Por esta razão, na década 1980 Lynn Margulis, uma cientista da</p><p>Universidade de Massachusetts, pensou em uma explicação para este fato e propôs uma teoria que</p><p>FIQUE SABENDO!</p><p>As sete filhas de Eva é um livro que foi escrito por um dos mais conhecidos geneticistas mundiais,</p><p>Bryan Sykes. Neste livro, o autor conta de forma simples e fácil de entender até mesmo para leigos,</p><p>o resultado de sua descoberta de que os europeus modernos descendem de apenas 7 mulheres.</p><p>Para isso, ele desenvolveu uma correlação genética para a teoria que diz que entre quaisquer duas</p><p>pessoas do planeta existem no máximo seis intermediários. Para chegar a esta conclusão, o</p><p>cientista analisou o DNA mitocondrial que, como vimos, é matrilinhal. Neste livro, o autor descreveu</p><p>o caminho de volta aos tempos pré-históricos e descobriu que 95% de todos os europeus modernos</p><p>descendem de apenas 7 mulheres que ele chamou de filhas de Eva.</p><p>Ultraestrutura da mitocôndria.</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img03-768x341.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 5/16</p><p>ficou conhecida como teoria endossimbiótica que diz que a mitocôndria se originou da endocitose</p><p>de uma bactéria aeróbia. Há milhões de anos, uma pequena bactéria autotrófica (célula procariota)</p><p>foi “engolida” (fagocitada) por uma célula eucariota primitiva que, ao invés de digeri-la permitiu</p><p>que ela passasse a viver em seu citoplasma. Desta forma, podemos dizer que as duas células</p><p>passaram a viver em um sistema de cooperação, um tipo de simbiose em que os dois organismos se</p><p>beneficiam da convivência. Nesta situação, a célula eucariota ganhou mais ATP e glicose fornecidos</p><p>pela pequena bactéria, enquanto que esta se beneficiou do ambiente estável, alimento e proteção</p><p>fornecidos pela célula. Assim, a bactéria e a célula estabeleceram uma interação biológica</p><p>mutualmente benéfica. Para fundamentar a teoria endossimbiótica, são utilizadas duas</p><p>características da mitocôndria: a existência de material genético próprio (DNA) e a existência de</p><p>duas membranas, sendo a membrana interna a da bactéria englobada e a externa a da célula</p><p>eucariótica.</p><p>Teoria endossimbiótica</p><p>2.2. Funções mitocondriais</p><p>A produção de energia, o armazenamento e o uso da mesma, são muito importantes para o</p><p>funcionamento correto da célula. Energia pode ser definida como a capacidade de realizar trabalho,</p><p>conceito comumente aplicado aos motores de automóveis e a usinas de energia elétrica. No mundo</p><p>biológico a energia é produzida por uma estrutura que pode ser considerada o motor celular, a</p><p>mitocôndria.</p><p>A célula utiliza a energia armazenada em ligações químicas para realizar trabalhos químicos</p><p>(reações) e físicos (movimentos). Existem duas formas principais de energia: cinética e potencial. A</p><p>energia cinética é aquela relacionada ao movimento, como por exemplo o movimento de moléculas</p><p>na célula. A energia potencial é aquela que fica armazenada, sendo particularmente importante no</p><p>estudo de sistemas biológicos.</p><p>A molécula mais importante para capturar e transferir energia livre em sistemas biológicos é o ATP.</p><p>As células utilizam a energia liberada durante a hidrólise (quebra) da molécula de ATP para</p><p>alimentar muitos processos energeticamente desfavoráveis. Alguns exemplos incluem síntese de</p><p>proteínas a partir de aminoácidos, de ácidos nucleicos a partir de nucleotídeos, o transporte de</p><p>moléculas contra um gradiente de concentração, contração de células musculares, batimento dos</p><p>cílios e flagelos, entre outros.</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/08/teoria-endossimbiotica-768x377.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 6/16</p><p>Na oxidação aeróbica, os ácidos graxos e açúcares, principalmente a glicose, são metabolizados em</p><p>dióxido de carbono (CO ) e água (H O), e a energia liberada é armazenada nas ligações químicas da</p><p>molécula de ATP. Nas células animais e na maioria das outras células não fotossintéticas, o ATP é</p><p>gerado principalmente por este processo. Os passos iniciais na oxidação da glicose, chamados</p><p>glicólise, ocorrem no citosol e não requerem oxigênio (O ). Os passos finais, que requerem</p><p>oxigênio, geram a maior parte do ATP. Em eucariotos, estes últimos estágios da oxidação aeróbica</p><p>ocorrem nas mitocôndrias. Os estágios finais do metabolismo dos ácidos graxos às vezes ocorrem</p><p>nas mitocôndrias e geram ATP; na maioria das células eucarióticas, no entanto, os ácidos graxos</p><p>são metabolizados em CO e H O em organelas chamadas peroxissomos, sem produção de ATP.</p><p>As funções da mitocôndria podem variar dependendo do tipo de célula em que elas se encontram.</p><p>Elas exercem papel importante na produção de espécies reativas de oxigênio (radicais livres), na</p><p>morte celular programada (apoptose), no envelhecimento (senescência), sinalização, crescimento e</p><p>diferenciação celular. Estas organelas desempenham papel importante na manutenção da</p><p>homeostase do organismo e seu mau funcionamento pode favorecer o surgimento de doenças.</p><p>Porém, sua função mais importante é produzir energia a partir de metabólitos da glicose e do</p><p>oxigênio, em um processo conhecido como fosforilação oxidativa.</p><p>Como vimos, a principal função das mitocôndrias é a produção de energia a partir dos alimentos.</p><p>Este processo é conhecido de modo geral como respiração celular, uma vez que a célula utiliza</p><p>nutrientes e oxigênio para produzir energia.</p><p>Desta forma, as funções celulares dependem diretamente de um suprimento de energia que é</p><p>derivado da quebra de moléculas orgânicas durante o processo de respiração celular, sendo que a</p><p>energia liberada neste processo é armazenada na forma ATP que é facilmente utilizado porque as</p><p>células apresentam grande s quantidades de ATPase, enzima responsável pela quebra da molécula</p><p>de ATP.</p><p>As nossas células podem utilizar glicose, aminoácidos ou ácidos graxos para produzir ATP. Se</p><p>compararmos o rendimento energético da glicose e dos ácidos graxos, percebemos que enquanto 1</p><p>molécula de glicose gera 38 moléculas de ATP, 1 molécula de 1 molécula de ácido palmítico gera 126</p><p>moléculas de ATP. A molécula de ATP possui duas ligações ricas em energia, entretanto,</p><p>normalmente apenas uma dessas ligações é quebrada liberando energia (ATP → ADP + Pi, sendo</p><p>ADP, adenosina difosfato e Pi, fosfato inorgânico).</p><p>2 2</p><p>2</p><p>2 2</p><p>SAIBA MAIS</p><p>Clicando aqui, você tem acesso ao artigo científico intitulado “Metabolismo mitocondrial, radicais</p><p>livres e envelhecimento” publicado na Revista Brasileira de Geriatria e Gerontologia em 2011. Neste</p><p>artigo, os autores discutem a relação existente entre a produção de espécies reativas de oxigênio</p><p>pela mitocôndria e o envelhecimento.</p><p>http://www.scielo.br/pdf/rbgg/v14n3/v14n3a05.pdf</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 7/16</p><p>A respiração celular consiste na conversão da energia das reações químicas das moléculas orgânicas</p><p>que será utilizada para todas as formas de trabalho biológico. Neste processo ocorre o consumo de</p><p>oxigênio e glicose (ou outra molécula orgânica) e a liberação de CO e energia. A respiração celular</p><p>pode ser dividida em três etapas:</p><p>I. Produção de acetil-coenzima A (aceti-CoA) a partir da oxidação de glicose, aminoácidos e</p><p>ácidos graxos</p><p>II. Oxidação de acetil-CoA</p><p>no ciclo de Krebs</p><p>III. Transporte de elétrons e fosforilação oxidativa</p><p>As células utilizam dois mecanismos para conseguir produzir energia a partir dos nutrientes: a</p><p>glicólise, que ocorre no citoplasma, e a fosforilação oxidativa, que ocorre nas mitocôndrias. Nesta</p><p>disciplina, nós vamos abordar a produção de energia a partir da utilização de glicose como</p><p>nutriente, uma vez que a mitocôndria está diretamente envolvida neste processo.</p><p>Antes de começarmos a falar das etapas da respiração celular, é importante conhecer duas</p><p>moléculas: dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD ) e dinucleotídeo de flavina e adenina</p><p>(FAD ). Estas duas moléculas são agentes oxidantes que participam da respiração celular</p><p>recebendo hidrogênio e se transformando, respectivamente, em NADH e FADH . Estas moléculas</p><p>atuam como carreadores de elétrons na cadeia respiratória.</p><p>A primeira etapa da respiração celular consiste na formação acetil-CoA a partir do metabolismo da</p><p>glicose. Para isto, quando a glicose entra na célula, ela passa por uma série de reações que</p><p>envolvem aproximadamente 11 enzimas localizadas no citoplasma que culminam na produção de</p><p>duas moléculas de piruvato e liberação de energia que é armazenada em duas moléculas de ATP.</p><p>Este processo inicial é conhecido como glicólise anaeróbia ou fermentação, pois não ocorre</p><p>consumo de oxigênio. Como pudemos perceber, este processo não é muito eficiente na produção de</p><p>energia e, por isto, a célula desenvolveu mecanismos mais eficientes para a produção de energia a</p><p>partir dos nutrientes. Ao final da glicólise anaeróbia, no citoplasma das células temos a produção</p><p>de 2 moléculas de piruvato, 2 de ATP e 2 de NADH.</p><p>Para melhorar o rendimento energético a partir do consumo de alimentos, as células evoluíram e</p><p>passaram a oxidar as moléculas através de uma via metabólica conhecida como fosforilação</p><p>oxidativa. Através desta via, a célula consegue produzir 36 moléculas de ATP a partir de uma</p><p>molécula de glicose. A fosforilação oxidativa é formada por três mecanismos: a produção de aceti-</p><p>CoA, o ciclo do ácido cítrico e a cadeia transportadora de elétrons. Todos estes mecanismos</p><p>acontecem dentro da mitocôndria.</p><p>Ao final da glicólise anaeróbia, as duas moléculas de piruvato produzidas no citoplasma são</p><p>transportadas para dentro da matriz mitocondrial onde são transformadas em aceti-CoA. Neste</p><p>processo, chamado descarboxilação oxidativa, são liberadas uma molécula de CO e uma de NADH</p><p>2</p><p>+</p><p>+</p><p>2</p><p>Glicólise: produção de piruvato a partir da glicose.</p><p>2</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img05.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 8/16</p><p>para cada molécula de piruvato que entra na mitocôndria. Como cada glicose produz 2 moléculas</p><p>de piruvato, o rendimento deste mecanismo é de 2 moléculas de acetil-CoA e 2 de NADH.</p><p>Ainda na matriz mitocondrial as moléculas de acetil-CoA entram em um ciclo de reações</p><p>enzimáticas que levam à produção gradual de elétrons e prótons. Essas reações fazem parte do</p><p>chamado ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos. No ciclo do</p><p>ácido cítrico, os elétrons são captados pelos carreadores (NAD e FAD) que transportam e realizam</p><p>reações de oxidorredução. Como resultados destas reações é liberado hidrogênio na forma de</p><p>prótons (H ) na matriz mitocondrial.</p><p>O ciclo do ácido cítrico tem início com a condensação da acetil-CoA com ácido oxalacético,</p><p>produzindo ácido cítrico. Este sofre uma série de modificações e acaba produzindo ácido</p><p>oxalacético que, por sua vez, recomeça o ciclo. O ciclo do ácido cítrico gera H e elétrons de alta</p><p>energia que são transportados através das moléculas de NADH e FADH para a cadeia</p><p>transportadora de elétrons. O rendimento do ciclo do ácido cítrico é de 6 NADH, 2 FADH e 2 ATP.</p><p>Desta forma, ao final do ciclo do ácido cítrico, podemos considerar que o rendimento da oxidação</p><p>da glicose foi:</p><p>NADH FADH2 ATP</p><p>Glicólise anaeróbica 2 2</p><p>Descarboxilação oxidativa 2</p><p>Ciclo ácido cítrico 6 2 2</p><p>Total 10 2 4</p><p>Tabela: Rendimento da oxidação da Glicose</p><p>Transformação de piruvato em acetil-CoA.</p><p>+</p><p>+</p><p>2</p><p>2</p><p>Ciclo do ácido cítrico.</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img06-768x215.jpg</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img07-768x611.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 9/16</p><p>A próxima etapa consiste na cadeia transportadora de elétrons, uma via metabólica que utiliza a</p><p>energia liberada pela oxidação de nutrientes para produção de energia. Ela é formada por um</p><p>conjunto de proteínas de membrana e pequenas moléculas cuja função é transportar elétrons. A</p><p>cadeia transportadora de elétrons é composta por 4 complexos proteicos, denominados de</p><p>complexos I a IV, e duas moléculas móveis carreadoras de elétrons entre os complexos (ubiquinona</p><p>e citocromo c). Os carreadores (NADH e FADH ) transportam os elétrons oriundos do ciclo do</p><p>ácido cítrico para a membrana mitocondrial interna, onde estão localizados os complexos proteicos</p><p>que realizam a chamada fosforilação oxidativa. Esta etapa é a mais eficiente na síntese de ATP e</p><p>ocorre na membrana mitocondrial interna, onde os complexos proteicos estão localizados.</p><p>À medida que os elétrons são transportados pela cadeia transportadora, eles passam de um estado</p><p>de alta energia para um estado de baixa energia, a energia liberada pelas suas passagens, de uma</p><p>molécula carreadora para a próxima, é usada para bombear H gerando um gradiente de prótons.</p><p>O gradiente de prótons apresenta natureza eletroquímica, uma vez que o bombeamento de H gera</p><p>um gradiente eletroquímico através da membrana mitocondrial. Devemos levar em consideração</p><p>que um gradiente eletroquímico através de uma membrana é uma forma da célula estocar energia</p><p>que pode ser utilizada posteriormente quando os íons (no caso o H ) forem transportados a favor</p><p>do seu gradiente eletroquímico. Resumidamente funciona assim: os íons H deixam a matriz</p><p>mitocondrial e se dirigem para o espaço intermembrana seguindo um gradiente químico, ou seja, o</p><p>H sai do local onde existe em maior concentração (a matriz mitocondrial) e vai para o local onde</p><p>existe em menor concentração (o espaço intermembrana). Como estes prótons têm carga positiva, à</p><p>medida que eles deixam a matriz mitocondrial eles carregam carga positiva, fazendo com que a</p><p>matriz mitocondrial fique com excesso de cargas negativas. Desta forma, o H do espaço</p><p>intermembrana começam a ser atraídos de volta para a matriz mitocondrial, seguindo um gradiente</p><p>elétrico onde a matriz mitocondrial negativa atrai o H que tem carga positiva. Esse gradiente de</p><p>prótons é essencial, pois gera uma força próton-motriz que é utilizada para a síntese de ATP.</p><p>À medida que um elétron de alta energia passa através da cadeia transportadora de elétrons, parte</p><p>da energia liberada é utilizada para direcionar os complexos enzimáticos que bombeiam H para</p><p>fora da matriz. O gradiente eletroquímico de prótons direciona H de volta para a matriz através da</p><p>ação da ATP-sintase que utiliza energia do transporte de H a favor do seu gradiente para sintetizar</p><p>ATP, ou seja, a ATP-sintase catalisa a síntese de ATP a partir de ADP + Pi que é diretamente</p><p>dependente da energia gerada pelo transporte de H a favor do gradiente eletroquímico.</p><p>A fosforilação oxidativa é o processo metabólico de síntese de ATP a partir da energia liberada pela</p><p>cadeia transportadora de elétrons. Após os H serem transferidos para o espaço intermembrana,</p><p>eles retornam à matriz, levando à síntese de ATP. A fosforilação oxidativa depende de dois fatores:</p><p>energia livre obtida a partir do transporte de elétrons e da ação da enzima ATP sintase. Esta enzima</p><p>encontra-se inserida na membrana mitocondrial interna e é responsável pela síntese de ATP. Além</p><p>2</p><p>Cadeia transportadora de elétrons.</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>+</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img08-768x537.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 10/16</p><p>disso, a ATP-sintase permite o transporte de H a favor do seu gradiente elétrico, fazendo com que</p><p>eles voltem para a matriz mitocondrial. À medida que os prótons passam pela ATP sintase, eles</p><p>favorecem a reação de ADP + Pi para produzir ATP.</p><p>O acoplamento do processo de fosforilação oxidativa com a produção de energia (ATP) ocorre por</p><p>um processo conhecido como quimiosmótico. O acoplamento quimiósmótico baseia-se na</p><p>passagem de íons por membranas e ele ocorre quando a energia derivada da oxidação parcial de</p><p>uma molécula de nutriente (carboidrato) é utilizada para formar ATP.</p><p>+</p><p>Gradiente de prótons.</p><p>3. Cloroplastos</p><p>Você terminou de estudar sobre a quebra dos carboidratos para produzir energia para o</p><p>funcionamento dos organismos, ou seja, para manter a vida dos organismos, mas fica uma</p><p>pergunta. Como os organismos, nesse caso o homem, obtém os carboidratos para degradá-los nas</p><p>mitocôndrias, e com isso produzir energia para seu organismo? Você respondeu que é pela comida?</p><p>Parabéns! É isso mesmo. Mas fica outra dúvida. Como os vegetais produzem os carboidratos? Você</p><p>disse fotossíntese? Mais uma vez parabéns. É por esse processo que praticamente toda energia</p><p>entra na nossa biosfera. Na natureza, são produzidas toneladas de açúcar por ano graças aos</p><p>organismos fotossintetizantes que capturam a energia da luz solar e a converte em energia química.</p><p>Sem as plantas, que possuem em suas células os cloroplastos, a vida no nosso planeta terra seria</p><p>impossível.</p><p>Uma das importâncias das plantas para a vida: alimento.</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img09-768x572.jpg</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/08/alimento-768x502.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 11/16</p><p>PARA REFLETIR:</p><p>Via fotossíntese, as plantas, por meio dos cloroplastos, produzem carboidratos. Mas, você poderia</p><p>relatar qual outra importância da fotossíntese para a nossa sobrevivência?</p><p>3.1. Origem dos cloroplastos</p><p>São os plastídios que vão originar os cloroplastos e também outros plastídios com ou sem</p><p>pigmentos, tais como os cromoplastos e leucoplastos.</p><p>Todos os plastídios de um vegetal têm sua origem numa organela precursora, o proplastídio que são</p><p>preexistentes no zigoto do vegetal, assim como as mitocôndrias, fazendo parte da herança</p><p>citoplasmática. Eles crescem, dividem-se e diferenciam-se em cloroplastos, cromoplastos e</p><p>leucoplastos de acordo com os estímulos físicos e hormonais, com a fase do desenvolvimento, e com</p><p>o órgão e tecidos. Os plastídios estão presentes nas células de crescimento das raízes e brotos e, de</p><p>acordo com as necessidades das células diferenciadas, vão dar origem aos vários plastídios</p><p>maduros. Como exemplo dessa diferenciação, observou que no amadurecimento dos tomates, os</p><p>cloroplastos (verdes) diferenciam nos cromoplastos (vermelhos, cujo pigmento é chamado</p><p>licopeno). Outro exemplo são as folhas verdes (cloroplastos) que se mantidas no escuro ficam</p><p>amarelas (cromoplastos). Logo, o que controla as mudanças nos plastídios são fatores externos,</p><p>como sinais do ambiente, e os fatores internos, como a diferenciação celular.</p><p>Proplastídio originando os diversos plastídios</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img11_.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 12/16</p><p>Os cloroplastos recebem esse nome em função da clorofila, e são especializados em realizar</p><p>fotossíntese. Eles estão presentes em células de algas verdes, azuis e em vegetais superiores.</p><p>Os cromoplastos não possuem clorofila, mas contêm os carotenoides que são os responsáveis pelas</p><p>cores amarelas (xantofilas), laranja (carotenos) e vermelha (licopenos) dos alimentos e das flores.</p><p>Os cromoplastos estão presentes em células epidérmicas de pétalas de algumas flores, no pericarpo</p><p>de alguns frutos, e em algumas raízes como, por exemplo, a da cenoura.</p><p>Leucoplastos são os plastídios que não possuem pigmentos, e são encontrados nas células</p><p>embrionárias e nas células dos órgãos das plantas que não recebem luz. Os leucoplastos armazenam</p><p>fontes de energia em tecidos não fotossintetizantes das plantas, por exemplo, os amiloplastos e</p><p>elaioplastos armazenam amido e lipídeos, respectivamente.</p><p>Os cloroplastos, semelhantes às mitocôndrias, evoluíram por endossimbiose e possuem sistema</p><p>genético próprio (DNA circular presentes em cópias múltiplas). O sistema genético próprio reflete</p><p>sua origem evolutiva a partir de bactérias fotossintéticas.</p><p>Se compararmos os cloroplastos com as mitocôndrias verificamos que eles são maiores, mais</p><p>complexos e executam várias tarefas além da geração de ATP. São os cloroplastos os responsáveis</p><p>pela conversão fotossintética do CO em carboidratos.</p><p>Processo de amadurecimento dos tomates: cloroplastos (verdes) diferenciam nos cromoplastos (vermelhos).</p><p>FIQUE SABENDO!</p><p>O número de cloroplastos se mantém relativamente constante nos diversos vegetais. As plantas</p><p>superiores possuem de 20 a 40 cloroplastos por células, sendo que nas folhas de algumas espécies</p><p>já foi encontrado cerca de 400.000 cloroplastos por mm . Se o número de cloroplastos for</p><p>insuficiente na célula, ele aumenta por divisão, mas se for excessivo, ele é reduzido por</p><p>degeneração.</p><p>2</p><p>2</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/08/cloroplastos-cromoplastos-768x511.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 13/16</p><p>3.2. Estrutura</p><p>Os cloroplastos são organelas grandes (5 a 10 µm de comprimento) e, semelhantes às mitocôndrias,</p><p>são delimitados por membranas.</p><p>Os três componentes principais dos cloroplastos são: membranas, estroma e os tilacoides.</p><p>Os cloroplastos são limitados por duas membranas lipoproteicas. A membrana externa dos</p><p>cloroplastos é semelhante à das mitocôndrias, ou seja, é muito permeável a metabólitos de baixo</p><p>peso molecular, devido às porinas, proteínas transmembranares formadoras de canais. Já a</p><p>membrana interna é impermeável a muitas substâncias. Sua permeabilidade é controlada por</p><p>proteínas de transporte específicas para regular a movimentação dos metabólitos para dentro e</p><p>para fora da organela. Entretanto, as duas membranas são muito permeáveis ao gás carbônico</p><p>(CO ), que é o substrato para fotossíntese. Entre estas duas membranas, há um espaço chamado de</p><p>espaço intermembranoso. Diferente das mitocôndrias, os cloroplastos possuem uma terceira</p><p>membrana que é a membrana tilacoide. É nesta membrana que ocorre a geração de ATP e NADPH</p><p>pela luz. Nela estão inseridos os pigmentos fotossensíveis (clorofila a e b, os carotenoides e as</p><p>ficobilinas) e diversas proteínas integrais de membrana ligadas a grupos prostéticos. Na parte</p><p>interna da membrana tilacoide, o espaço existente é chamado de lúmen do tilacoide.</p><p>O estroma é o nome dado à região que fica entre a membrana tilacoide e a membrana interna. Ele</p><p>representa a maior parte do cloroplasto e é constituído por uma substância amorfa parecida com a</p><p>matriz mitocondrial. Nele estão presentes várias enzimas, grânulos de lipídeos, grãos de amido,</p><p>ribossomos (que são chamados de plastorribossomos), moléculas de DNA e RNA. É no estroma,</p><p>que no processo de fotossíntese, ocorre à fixação do CO para produção de carboidratos e de alguns</p><p>ácidos graxos e proteínas.</p><p>Cloroplastos com suas estruturas.</p><p>2</p><p>PARA SABER MAIS!</p><p>As clorofilas são também usadas como corantes naturais e antioxidantes para restabelecer o teor</p><p>natural destas moléculas em produtos alimentares ou para preparar produtos enriquecidos. Saiba</p><p>mais lendo o</p><p>artigo cientifico presente neste link.</p><p>2</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/08/tilacoide-768x657.png</p><p>http://www.scielo.br/pdf/%0D/cr/v35n3/a43v35n3.pdf</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 14/16</p><p>Os tilacoides são vesículas/sacos achatados. Eles se organizam uns sobre os outros como se fosse</p><p>uma pilha de moedas. Cada pilha de tilacoide é chamada de granum, e o conjunto desses granum é</p><p>chamado de grana. Há também os tilacoides que atravessam o estroma e conectam dois granas</p><p>entre si, e estes são chamados de tilacoides do estroma. A membrana do tilacóide é semelhante a</p><p>qualquer membrana celular, ou seja, formada de proteínas e dupla camada de lipídeos.</p><p>3.3. Função</p><p>A fotossíntese ocorre nos cloroplastos que são as organelas encontradas principalmente nas células</p><p>das folhas das plantas. Os cloroplastos são os responsáveis pela conversão da energia da luz solar</p><p>em energia química (ATP e NADPH), para então usá-las para sintetizar carboidratos (polímeros de</p><p>açúcar do tipo hexose) a partir do CO e da H O. Os principais produtos finais da fotossíntese são o</p><p>oxigênio e os polímeros de açúcar: sacarose (que é formada por glicose + frutose) e o amido</p><p>(polímero de glicose: amilose e frutose). Quando comparamos as mitocôndrias com os cloroplastos</p><p>observamos que a produção de energia (ATP) nas mitocôndrias é proveniente da quebra de</p><p>moléculas orgânicas, enquanto nos cloroplastos são necessários apenas energia luminosa, CO e</p><p>água para essa produção.</p><p>A fotossíntese ocorre em quatro etapas. As etapas 1, 2 e 3 ocorrem nas membranas dos tilacoides,</p><p>enquanto a 4 ocorre no estroma. Na primeira etapa ocorre absorção da luz e geração de elétrons de</p><p>alta energia e a formação do O a partir da molécula da H O. A segunda, os elétrons promovem a</p><p>redução de NADP a NADPH, e a promoção de uma força próton-motriz. Já na terceira etapa, ocorre</p><p>a síntese da molécula energética ATP, e finalizando, na quarta etapa ocorre a fixação do carbono,</p><p>proveniente do CO em carboidratos.</p><p>A fotossíntese ocorre em dois tipos de reações, que são: as reações da cadeia transportadora de</p><p>elétrons ou etapa fotoquímica (estas são dependente da existência de luz solar e por isso são</p><p>chamadas de fase clara), e as reações de fixação do carbono ou etapa química (estas são independe</p><p>de luz solar e por isso são chamadas de fase escura).</p><p>As reações de transferência de elétrons consistem na absorção de energia luminosa (fótons) por</p><p>fotopigmentos organizados nos fotocentros na membrana tilacoide dos cloroplastos das plantas. Os</p><p>fotopigmentos atuam como antenas, em cada centro de reação. As antenas são voltadas para o</p><p>estoma e se encarregam de captar a luz, enquanto o centro de reação é voltado para o espaço</p><p>tilacoidal. Em cada centro de reação encontram-se vários complexos captadores de luz (LHCs), e as</p><p>2 2</p><p>2</p><p>2 2</p><p>2,</p><p>Fotossíntese: as reações da cadeia transportadora de elétrons e o ciclo de Calvin onde ocorre a fixação do carbono.</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/wp-content/uploads/2018/09/aula_biocel_top4_img14-768x543.jpg</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 15/16</p><p>antenas contêm os pigmentos: clorofilas a e b, carotenoides e outros que absorvem luz em</p><p>diferentes comprimentos de onda. Na etapa 1 da fotossíntese, a energia da luz é captada e</p><p>transferida para uma molécula de clorofila que atua como centro de reação. As clorofilas</p><p>energizadas doam elétrons a uma quinona, no lado oposto da membrana, criando assim uma</p><p>separação de carga, e as clorofilas carregadas positivamente removem elétrons da água e formam o</p><p>oxigênio. Na etapa 2, os elétrons são transportados da quinona reduzida até atingir o NADP e assim</p><p>reduzindo este a NADPH. Na etapa 3, o movimento de prótons a favor do seu gradiente</p><p>eletroquímico ativa a síntese de ATP.</p><p>No estroma, as reações de fixação do carbono (etapa 4 da fotossíntese – fase escura), o ATP e</p><p>NADPH, produzidos nas etapas 2 e 3 (fase clara), fornecem energia necessária para fixação do CO ,</p><p>resultando na síntese dos carboidratos. Esta síntese ocorre mediante uma séria de reações químicas</p><p>que são agrupadas sob o nome de ciclo de Calvin (nome dado em homenagem a seu descobridor</p><p>que foi Melvin Calvin) ou ciclo C nas quais participam várias enzimas localizadas no estroma.</p><p>2</p><p>3</p><p>PARA SABER MAIS!</p><p>Saiba mais sobre a Fotossíntese lendo o artigo cientifico “Uma síntese sobre aspectos da</p><p>fotossíntese” de autoria de Nícolas Fernandes Martins. Clique aqui para ler.</p><p>4. Conclusão</p><p>As mitocôndrias e os cloroplastos são organelas presentes em todas as células eucarióticas e são</p><p>muito importantes para os seres vivos que necessitam de energia para realizar os processos</p><p>celulares e, dessa forma, promover a manutenção da vida. Os cloroplastos, por meio da</p><p>fotossíntese, produzem O + carboidratos a partir do CO + H O + luz solar. Enquanto isso, a</p><p>mitocôndria faz a reação inversa, ou seja, utiliza o carboidrato e o O para produzir energia (ATP)</p><p>para todo o funcionamento do organismo. A mitocôndria é como se fosse a bateria do celular, ou</p><p>seja, sem ela a célula não funciona.</p><p>2 2 2</p><p>2</p><p>5. Referências</p><p>http://www.redalyc.org/pdf/500/50021611002.pdf</p><p>24/03/2022 16:41 Mitocôndrias e Cloroplastos</p><p>https://cead.uvv.br/conteudo/aula/mitocondrias-e-cloroplastos/?disciplina=biologia-celular&posicao=7 16/16</p><p>ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.</p><p>COOPER, G.M.; HAUSMAN, R.E. A célula: uma abordagem molecular. Tradução de Maria Regina</p><p>Borges-Osório. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007.</p><p>JUNQUEIRA, L. C. U.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro:</p><p>Guanabara Koogan, 2012.</p><p>LODISH, H. et al. Biologia celular e molecular. Tradução de Adriana de Freitas Schuck Bizarro</p><p>et al. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014.</p><p>RAVEN, P.H.; EVERT, R.F.; EICHHORN, S.E. Biologia vegetal. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara</p><p>Koogan, 2007.</p><p>ROBERTIS, E.M.F.; HIB, J.R. Bases da biologia celular e molecular. 4. ed. rev. e atual. Rio de</p><p>Janeiro, RJ: Guanabara Koogan, 2014.</p><p>SILVA, W. J. M.; FERRARI, C. K. B. Metabolismo mitocondrial, radicais livres e envelhecimento.</p><p>Revista Brasileira de Geriatria e Gerontologia, v.14, n.3, p. 441-51, 2011.</p><p>YouTube. (2015, dezembro, 09). 7 fatos que você ainda não sabia sobre o espermatozoide.</p><p>2min27seg. Disponivel em: <https://www.youtube.com/watch?v=ngHkyoK3qDA> . Acesso em: 06</p><p>jun. 2018.</p><p>YouTube. (2008, maio, 23). Cadeia Transportadora de Elétrons. 3min50seg. Disponivel em:</p><p><https://www.youtube.com/watch?v=md6JdC98dTU > Acesso em: 06 jun. 2018.</p>