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Mitocôndria

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição da mitocôndria

A mitocôndria (mitocôndrias plurais) é uma organela ligada à membrana encontrada no citoplasma das células eucarióticas. É a casa de força da célula; É responsável pela respiração celular e produção de (a maioria) ATP na célula. Cada célula pode ter de um a milhares de mitocôndrias. As mitocôndrias também contêm DNA extranuclear que codifica vários rRNAs, TRNAs e proteínas.

A figura mostra a estrutura geral de uma célula animal típica. As organelas são rotuladas.

Origem da mitocôndria

A teoria atual quanto à origem das células eucarióticas é a endossimbiose. Acredita -se que as mitocôndrias (e cloroplastos) começaram como organismos procarióticos que viviam em células maiores. É provável que esses organismos procarióticos tenham sido engolidos pelas células maiores, como alimentos ou parasitas. Em algum momento, o relacionamento se tornou mutuamente benéfico e as mitocôndrias e cloroplastos se tornaram uma característica permanente nas células. Eles foram fechados em membranas e formaram máquinas celulares.

Estrutura da mitocôndria

As mitocôndrias são pequenas organelas ligadas à membrana que geralmente têm cerca de 1 a 10 mícrons de comprimento. Eles podem ser esféricos ou em forma de vara. A mitocôndria é cercada por duas membranas que a separam do citosol e do restante dos componentes celulares. As membranas são bicamadas lipídicas com proteínas embutidas nas camadas. A membrana interna é dobrada para formar cristas; Isso aumenta a área da superfície da membrana e maximiza a saída da respiração celular. A região entre as duas membranas é o espaço intermembranar. Dentro da membrana interna está a matriz mitocondrial e, dentro da matriz, existem ribossomos, outras enzimas e DNA mitocondrial. A mitocôndria é capaz de reproduzir e sintetizar proteínas de forma independente. Ele contém as enzimas necessárias para a transcrição, bem como os RNAs de transferência e ribossomos necessários para a tradução e a formação de proteínas.

A figura mostra um corte de uma mitocôndria animal. Os principais componentes são rotulados.

DNA mitocondrial

O DNA mitocondrial (mtDNA) é tipicamente uma pequena molécula de DNA de fita dupla circular que codifica várias proteínas e RNA envolvidas principalmente na respiração celular e reprodução celular. Em alguns protistas e fungos, o mtDNA pode ser linear. O DNA mitocondrial é bem conservado dentro dos táxons. Por exemplo, muitos pássaros ou mamíferos têm a mesma ordem genética. O DNA mitocondrial animal codifica dois RNAs ribossômicos, 22 RNAs de transferência e 13 genes de codificação de proteínas (subunidades de NADH, ATPase e citocromos). Também consiste na região de controle não codificante, ou loop D, que está envolvido na regulação da replicação do DNA.

Ao contrário do DNA nuclear, que é transmitido de ambos os pais, o DNA mitocondrial é geralmente herdado uniparentalmente (com algumas exceções notáveis). Nos animais, o mtDNA é passado maternalmente através do ovo, exceto em moluscos bivalves onde a herança biparental é encontrada. Nas plantas, o mtDNA pode ser transmitido por maternal, paternalmente ou biparente. Há também evidências de vazamento paterno de mtDNA, onde a prole herda a maior parte de seu mtDNA de sua mãe, mas também recebe uma pequena quantia do pai.

Mutações no DNA mitocondrial podem resultar em várias doenças genéticas humanas, particularmente aquelas que envolvem o consumo de energia nos sistemas musculares e nervosos. Exemplos incluem diabetes, doenças cardíacas, epilepsia mioclônica, síndrome neuromuscular de Kearns-Sayre e Alzheimer. Também tem sido implicado em doenças degenerativas e envelhecimento.

Comparado aos genes de codificação nuclear, o DNA mitocondrial animal evolui cerca de 10 vezes mais rapidamente, permitindo que as alterações sejam vistas em um período de tempo relativamente curto. Também se afasta de uma maneira relativamente relógica (com algumas exceções). Por esse motivo, o DNA mitocondrial é comumente usado para estudar relações evolutivas e genética populacional em animais; Foi a força motriz por trás da hipótese da “fora da África” da evolução humana, bem como a relação evolutiva entre humanos e macacos. O mtDNA da planta evolui bastante lentamente e é menos comumente usado em estudos evolutivos.

A figura mostra as pequenas moléculas circulares de DNA dentro das organelas.

Função da mitocôndria

As mitocôndrias estão envolvidas na quebra de açúcares e gorduras em energia através da respiração aeróbica (respiração celular). Esse processo metabólico cria ATP, a fonte de energia de uma célula, através de uma série de etapas que requerem oxigênio. A respiração celular envolve três estágios principais.

A figura mostra uma visão geral da respiração celular. A glicólise ocorre no citosol, enquanto o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa ocorrem nas mitocôndrias.

Glicolise

A glicólise ocorre no citosol, dividindo a glicose em dois açúcares menores que são oxidados para formar piruvato. A glicólise pode ser anaeróbica ou aeróbica e, como tal, não faz parte tecnicamente da respiração celular, embora seja frequentemente incluída. Produz uma pequena quantidade de ATP.

Durante a glicólise, a molécula de glicose inicial é fosforilada (usando uma molécula ATP), formando a glicose-6-fosfato, que depois reorganiza o isômero frutose-6-fosfato. A molécula é novamente fosforilada (usando uma segunda molécula ATP), desta vez formando frutose-1,6-bisfosfato. A frutose-1,6-bisfosfato é então dividida em dois açúcares de 3 carbonos que são convertidos em moléculas de piruvato através de uma reação redox, que produz duas moléculas de NADH e fosforilação no nível do substrato, que libera quatro moléculas de ATP. A glicólise produz duas moléculas líquidas de ATP.

Ciclo do ácido cítrico

Na presença de oxigênio, as moléculas de piruvato produzidas na glicólise entram na mitocôndria. O ciclo do ácido cítrico, ou ciclo de Krebs, ocorre na matriz mitocondrial. Esse processo divide o piruvato em dióxido de carbono em uma reação de oxidação. O ciclo do ácido cítrico resulta na formação de NADH (de NAD+), que transporta elétrons para o estágio final da respiração celular. O ciclo do ácido cítrico produz duas moléculas ATP.

O piruvato entra na mitocôndria e é convertido em acetil coenzima A. Essa conversão é catalisada por enzimas, produz NADH e libera CO2. O grupo acetil entra no ciclo do ácido cítrico, uma série de oito etapas catalisadas por enzimas que começam com citrato e extremidades em oxaloacetato. A adição do grupo acetil ao oxaloacetato forma citrato e o ciclo se repete. A quebra do citrato em oxaloacetato libera mais duas moléculas de CO2 e uma molécula de ATP (por fosforilação no nível do substrato). A maioria da energia está nas coenzimas reduzidas NADH e FADH2. Essas moléculas são então transportadas para a cadeia de transporte de elétrons.

A figura mostra a conversão de piruvato em acetil coenzima A e sua progressão através do ciclo do ácido cítrico.

Fosforilação oxidativa

A fosforilação oxidativa consiste em duas partes: a cadeia de transporte de elétrons e a quimiosmose. É este estágio final que produz a maior parte do ATP no processo de respiração. A cadeia de transporte de elétrons usa os elétrons transportados a partir das duas etapas anteriores (como NADH e FADH2) para formar moléculas de água através da combinação com íons de oxigênio e hidrogênio. A fosforilação oxidativa ocorre na membrana interna da mitocôndria.

A cadeia de transporte de elétrons é composta por cinco complexos multiproteínas (I a IV) que são repetidos centenas a milhares de vezes nas cristas da membrana interna. Os complexos são compostos de portadores de elétrons que transportam os elétrons liberados do NADH e FADH2 através de uma série de reações redox. Muitas das proteínas encontradas na cadeia de transporte de elétrons são citocromos, proteínas que são codificadas em parte pelo DNA mitocondrial. À medida que os elétrons se movem ao longo da cadeia, eles são passados para moléculas cada vez mais eletronegativas. A etapa final é a transferência do elétron para um átomo de oxigênio que combina com dois íons de hidrogênio para formar uma molécula de água. A própria cadeia de transporte de elétrons não produz ATP.

O ATP é produzido via quimiosmose, um processo que também ocorre na membrana interna da mitocôndria. A quimiosmose envolve a proteína transmembranar ATP sintase que produz ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico. A ATP sintase usa o gradiente de concentração de íons de hidrogênio para conduzir a formação de ATP. À medida que os elétrons se movem através da cadeia de transporte de elétrons, os íons de hidrogênio são empurrados para o espaço intermembranar, produzindo uma maior concentração de H+ fora da membrana. O consumo de H+ através da incorporação em moléculas de água aumenta ainda mais o gradiente de concentração. Os íons de hidrogênio tentam entrar novamente na matriz mitocondrial para igualar as concentrações; O único lugar em que eles podem atravessar a membrana é através da ATP sintase. O fluxo de H+ através da enzima resulta em alterações conformacionais que fornecem locais ativos catalíticos para ADP e fosfato inorgânico. Quando essas duas moléculas se ligam à ATP sintase, elas são conectadas e catalisadas para formar ATP.

A fosforilação oxidativa produz entre 32 e 34 moléculas ATP de cada molécula inicial de glicose, representando ~ 89% da energia produzida na respiração celular.

Questionário

1. Qual etapa da respiração celular produz mais ATP? A. Ciclo Krebs B. Glicólise C. Ciclo de ácido cítrico D. quimiosmose

Resposta à pergunta nº 1

D está correto. A fosforilação oxidativa, através do acoplamento da cadeia de transporte de elétrons e da quimiosmose, produz ~ 89% do ATP em respiração celular.

2. Onde ocorre a fosforilação oxidativa? A. Matriz Mitocondrial B. Membrana Externa C. Membrana Interior D. Espaço Intermembrano

Resposta à pergunta nº 2

C está correto. A fosforilação oxidativa ocorre na membrana mitocondrial interna. Tanto a cadeia de transporte de elétrons quanto a quimiosmose envolvem proteínas transmembranares que transportam íons de hidrogênio entre o espaço intermembranar e a matriz mitocondrial.

3. Quais organismos não contêm mitocôndrias? A. Plantas B. Animais C. Bactérias D. Fungos

Resposta à pergunta nº 3

C está correto. As mitocôndrias são encontradas em quase todos os organismos eucarióticos. Os procariontes não têm organelas ligadas à membrana.

Referências

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