Origem e Função das Mitocôndrias

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Mitocôndrias 
 
A presença do núcleo e de organelas 
delimitadas por membranas é uma 
característica apenas das células eucarióticas. 
Células eucarióticas são 10x maiores em 
dimensão linear e até 1000x maiores em 
volume. 
 
Os 3 principais domínios (bacteria, archaea e 
eucariotas) são derivados de um último 
ancestral comum conhecido como LUCA. 
 
Células eucarióticas contemporâneas podem ter 
evoluído de uma simbiose. Acredita-se que a 
parceria entre uma célula predadora anaeróbia 
primitiva e uma célula bacteriana aeróbia foi 
estabelecida há bilhões de anos. 
 
A teoria endossimbiótica estabelece que os ancestrais das mitocôndrias eram organismos procarióticos 
independentes, que conseguiam produzir energia a partir do oxigênio. Essas células teriam sido 
fagocitadas por precursores anaeróbios de células eucarióticas, que forneciam a elas nutrientes 
necessários para maior produção aeróbica de 
energia. Essas células procarióticas perderam 
evolutivamente parte de seu material genético e 
não sobrevivem livremente. 
 
Essa teoria também se aplica à origem dos 
cloroplastos, cujos ancestrais eram células 
procariontes fotossintéticas em vez de aeróbias. 
 
Todas as eucariotas contêm (ou em algum tempo 
contiveram) mitocôndrias; organelas envoltas por 
camada dupla de membrana responsáveis por usar 
a energia de oxidação da glicose para produzir 
ATP e, portanto, fornecer energia à célula. 
 
O estilo de vida predatório que deu origem às células eucarióticas atuais requer que a célula seja 
grande, com membrana plasmática flexível e citoesqueleto elaborado e proteção interna do DNA. 
 
Embora não possam sobreviver livremente, as mitocôndrias possuem DNA próprio e ribossomos. 
Quando seu DNA foi sequenciado, descobriu-se que seu material genético é degenerado; são versões 
curtas de genoma bacteriano. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A mitocôndria é uma organela de forma arredondada ou alongada com diâmetro de 0,5 a 1,0 μm e 
comprimento de 0,5 a 10μm. Sua forma e sua posição não são fixas, por serem influenciadas pela 
disposição do citoesqueleto. As mitocôndrias costumam estar associadas ao citoesqueleto 
microtubular. 
 
As mitocôndrias são de constituição lipoproteica e contêm também pequena quantidade de DNA e as 
três variedades de RNA. A maior parte de seus lipídios é formada por fosfolipídios, sendo o restante 
constituído por triacilglicerídeos e colesterol; as proteínas são, em maior parte, enzimas, das quais se 
conhece mais de 70 tipos. 
 
As mitocôndrias possuem uma membrana externa e uma interna, com funções e propriedades 
distintas. A membrana interna delimita a chamada matriz mitocondrial e é bastante enovelada, 
formando invaginações chamadas de cristas, que contêm em suas membranas proteínas da cadeia 
transportadora de elétrons. Onde as membranas das cristas se unem às membranas de limite interno 
formam-se tubos e fendas, conhecidos como junções das cristas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assim como a membrana externa de bactérias, a membrana externa mitocondrial é livremente 
permeável a íons e moléculas pequenas; isso ocorre por apresentar muitas moléculas chamadas de 
porinas. Porinas são proteínas de membrana do tipo barril e criam poros na membrana. Como 
consequência, o espaço entre membranas tem a mesma composição iônica e eletroquímica do 
citoplasma. 
 
Diferente da membrana externa, a membrana interna é uma barreira para a difusão de íons e 
moléculas pequenas. Entretanto, alguns íons selecionados (principalmente 
fosfatos), assim como grupos metabólicos essenciais, podem atravessar 
essas membranas por intermédio de proteínas transportadoras especiais. 
 
A membrana é altamente diferenciada, ou seja, apresenta grupos específicos 
de proteínas em regiões específicas, conforme suas necessidades funcionais. 
Enquanto a membrana de limite interno apresenta maquinaria para importar 
proteínas, novas inserções de membrana e montagem de complexo da cadeia 
respiratória, as cristas contêm uma enzima chamada ATPsintase e grandes 
complexos proteicos das cadeias respiratórias. 
 
A cardiolipina é um fosfolipídio de duas cabeças restrito à membrana 
mitocondrial interna, onde ela também é produzida. 
 
A membrana interna da mitocôndria apresenta invaginações, 
formando cristas que aumentam muito sua superfície. Na 
sua superfície interna existem minúsculas partículas em 
forma de raquete, que são corpúsculos elementares onde se 
gera ATP e calor. 
 
A função da mitocôndria é a geração de energia através da 
respiração celular, em que se oxida moléculas geralmente 
derivadas da glicose presente no citoplasma e se converte a 
energia gerada dessa oxidação para a formação de moléculas 
carreadoras de energia, como o ATP. 
 
 
 
 
 
 
Para que a célula seja essa “indústria de 
reações químicas”, é necessária a participação 
de catalisadores (enzimas), que ajudam a 
acelerar os processos que ocorrem dentro da 
célula. As reações catalisadas por enzima são 
conectadas em série, formando uma rede de 
reações interconectadas, que podem ser 
definidas como metabolismo celular. 
 
O movimento em direção da desordem sempre 
é favorecido termodinamicamente, ou seja, 
requer energia para que se mantenha a 
organização. A entropia de um sistema isolado 
nunca diminui: ela aumenta ou se mantém 
constante. 
 
As células usam a energia do ambiente para 
manter sua organização interna. O calor é 
liberado no ambiente, desorganizando-o; o 
resultado total da entropia é, portanto, 
aumentado. Esse calor liberado vem da conversão da energia que ocorre no interior da célula através 
da queima controlada de alimentos. 
 
 
 
 
 
 
A oxidação e a redução envolvem a transferência de 
elétrons (oxidação quando se remove e redução quando 
se adiciona). O átomo mais eletronegativo fica com 
carga parcial negativa (maior concentração de elétrons). 
 
A energia das células está armazenada nas ligações 
químicas entre os fosfatos do ATP (ligações de alta 
energia) e pode ser facilmente utilizada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uma pessoa média consome cerca de 50kg de ATP por dia enquanto atletas podem chegar a consumir 
centenas de quilogramas da molécula produzida principalmente pelasmitocôndrias. As mitocôndrias 
produzem ATP através de um processo chamado fosforilação oxidativa, em que açúcares consumidos 
são oxidados; os cloroplastos, por sua vez, o fazem por meio da fotossíntese. Ambos apresentam 
vastos sistemas de membranas, com complexos de proteínas fundamentais para a produção de energia. 
Células bacterianas apresentam esses complexos responsáveis pela produção de ATP em sua 
membrana plasmática. 
 
A maioria das suas proteínas são codificadas no núcleo da célula e importadas diretamente para o sítio 
específico da organela onde, por fim, desempenham sua função. 
 
As mitocôndrias captam a energia depositada nas ligações covalentes das moléculas dos alimentos e 
transferem para o ADP. Uma vez formado, o ATP sai da mitocôndria e se difunde pela célula, de 
modo que sua energia possa ser utilizada para as distintas atividades celulares. Quando a energia do 
ATP é removida, o ADP é reconstituído e reingressa nas mitocôndrias para receber uma nova “carga” 
de energia. 
 
A energia das moléculas alimentícias é extraída mediante oxidações; quando os alimentos são 
ingeridos, seus polissacarídeos, lipídios e proteínas são divididos em moléculas cada vez menores pela 
ação de uma grande variedade de enzimas. São estabelecidas verdadeiras cadeias metabólicas 
degradativas que, nas primeiras etapas, são distintas para cada tipo de alimento, mas nas etapas finais 
confluem em uma via metabólica comum. A cisão enzimática dos alimentos em três cenários 
orgânicos: o tubo digestório, o citosol e a mitocôndria. 
 
Toda oxidação de um átomo ou molécula está ligada à redução de outro átomo ou moléculas. 
 
Durante o processamento dos alimentos, em algumas reações de oxidação e redução, há intervenção 
de duas moléculas intermediárias importantes: as coenzimas NAD e FAD. Em sua forma oxidada, a 
coenzima NAD é representada pela sigla NAD+ e, em sua forma reduzida, NADH. A FAD é 
representada pelas siglas FAD e FADH2, respectivamente. 
 
A teoria 
quimiosmótica 
descreve a criação de 
um gradiente de 
concentração de 
prótons na membrana 
mitocondrial através 
do fluxo de elétrons 
por carreadores. A 
quebra desse gradiente 
está acoplada à síntese 
de ATP. 
 
Quando os prótons 
fluem a favor de seu 
gradiente eletroquímico por meio de uma elaborada máquina proteica da membrana (ATPsintase), a 
energia derivada dos alimentos consumidos é então convertida em moléculas de ATP. 
 
A respiração celular, processo através do qual moléculas orgânicas são oxidadas para que se forme 
ATP, ocorre em três etapas básicas: a glicólise, o ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico) e a 
fosforilação oxidativa. No final da respiração celular há um saldo positivo total de 30 ou 32 moléculas 
de ATP, sem 2 da glicólise, 2 do ciclo de Krebs e 26 ou 28 da fosforilação oxidativa. 
 
A glicólise é uma etapa anaeróbia da respiração celular que ocorre no citosol e envolve dez reações 
químicas diferentes, responsáveis pela quebra de uma molécula de glicose (C 6 H 12 O 6 ) em duas 
moléculas de ácido pirúvico (C 3 H 4 O 3 ). 
 
O processo inicia-se com a adição de dois fosfatos, provenientes de duas moléculas de ATP, a uma 
molécula de glicose, promovendo sua ativação. Essa molécula torna-se instável e quebra-se 
facilmente com ácido pirúvico; com a quebra, ocorre a produção de 4 moléculas de ATP (como duas 
moléculas foram gastas, o saldo positivo é de 2 ATP). 
 
 
 
Dois dos quatro H+ liberados e os quatro elétrons são capturados por moléculas de NAD+, 
produzindo moléculas de NADH. 
 
O ciclo de Krebs , etapa aeróbia que se 
inicia após a glicólise ocorre no interior 
das mitocôndrias e inicia-se com o 
transporte do piruvato (ácido pirúvico) 
para a matriz mitocondrial. Na matriz, o 
piruvato reage com a coenzima A (CoA) 
produzindo uma molécula de acetil-CoA e 
uma de gás carbônico. Durante esse 
processo, uma molécula de NAD+ é 
transformada em uma de NADH em razão 
da captura de dois elétrons e um dos 
hidrogênios que foram liberados na reação. 
 
A molécula de acetil-CoA sofre oxidação e 
dá origem a duas moléculas de gás 
carbônico e uma molécula intacta de 
coenzima A. 
 
A última etapa da 
respiração celular, a 
fosforilação 
oxidativa , também 
ocorre nas 
mitocôndrias (mais 
precisamente, nas 
cristas mitocondriais). 
Nessa etapa o ATP é 
produzido a partir da 
adição de fosfato ao 
ADP (fosforilação). A 
maior parte da produção de ATP ocorre nessa etapa, na qual acontece a reoxidação das moléculas de 
NADH e FADH2. 
 
Nas cristas mitocondriais são encontradas proteínas que estão dispostas em sequência, as chamadas 
cadeias transportadoras de elétrons ou cadeias respiratórias. Nessas cadeias ocorre a condução dos 
elétrons presentes no NADH e no FADH2 até o oxigênio. As proteínas responsáveis por transferir os 
elétrons são chamadas de citocromos. 
 
O DNA mitocondrial, localizado na matriz, possui genoma haplóide. 99,99% do DNA mitocondrial é 
de origem materna, não havendo recombinação (se acredita que as poucas mitocôndrias presentes no 
espermatozóide são destruídas pelo gameta feminino após a fecundação).