A
mitocôndria (do Grego
μίτος ou mitos (fio/linha) +
χονδρίον ou "chondrion" (grânulo).
1 ), é um dos
organelos celulares mais importantes, sendo extremamente relevante para a
respiração celular.
2 É abastecida pela célula que a hospeda por substâncias orgânicas como a
glicose, as quais processa e converte em
energia sob a forma de
ATP, que devolve para a célula hospedeira, sendo
energia química que pode ser usada em reações bioquímicas que necessitem de dispêndio de energia.
3 A mitocôndria está presente em grande quantidade nas células: do
sistema nervoso (na extremidade dos
axônios), do
coração e do
sistema muscular, uma vez que estas apresentam uma necessidade maior de energia.
Duas mitocôndrias de células de tecido pulmonar de mamífero mostrando
sua matriz e membranas como vistas ao microscópio eletrônico
A mitocôndria está presente na maioria dos
eucariontes,
4 excepto num grupo de
protistas chamado
Archezoa, apesar da
análise genômica destes organismos indicar que podem ter perdido as mitocôndrias ao longo da
evolução. A principal evidência disto é o facto de alguns
genes codificadores de
proteínas mitocondriais terem sido encontrados no
genoma
nuclear destes protistas (Bui & Bradley, 1996). Foi descrita por
Altmann, em 1894 (que as denominou "bioblastos"), sugerindo a sua
relação com a
oxidação celular. O seu número varia entre as células, sendo proporcional à
atividade metabólica de cada uma, indo de quinhentas a mil ou até dez mil dessas estruturas por célula.
Esta apresenta duas
membranas fosfolipídicas, uma externa lisa e outra interna que se dobra formando vilosidades, chamadas cristas.
5 A região limitada pela membrana interna é conhecida como matriz mitocondrial, onde existem proteínas,
ribossomas e
DNA
mitocondrial, de forma circular, que contém 37 genes codificadores de
13 proteínas, de 2 rRNAs e 22 tRNAs. Estes são necessários no processo
de produção de ATP, ou seja, necessários para que a respiração celular
ocorra.
A sua função é vital para a célula, sem a qual há
morte celular. O
DNA mitocondrial não se tem modificado muito desde do seu princípio, para além do descartar de DNA inutilizado, apesar do seu elevado índice de
mutações (10 vezes maior que o
DNA nuclear).
O que acontece é que este DNA está apenas sujeito a modificações por
mutação, dado não haver maneira do mesmo sofrer recombinação como
acontece quando o DNA do
espermatozoide entra no núcleo do
óvulo, dando-se a recombinação quando metade do DNA de cada parente se junta, formando o
ovo, ou zigoto. Como o que entra na
célula sexual
feminina vindo do pai é apenas o seu DNA nuclear, as mitocôndrias
masculinas ficam de fora, logo não se dá recombinação do seu DNA. O
resultado é só recebermos o DNA mitocondrial da mãe, levando a poucas
modificações deste ao longo dos tempos. Os
antropologistas aproveitam estas propriedades para examinar, através do DNA mitocondrial, as
relações de parentesco entre os grandes grupos de seres vivos. Esta situação mostra-nos o elevado poder da
recombinação genética,
dado o DNA nuclear estar-se sempre a atrasar em relação ao mitocondrial
que sofre mutações 10 vezes mais, ganha um enorme impulso de
modificação na recombinação com outros DNAs.
A mitocôndria forma uma extensa rede, denominada
rede mitocondrial.
Essa rede é constituída por subunidades mitocondriais que podem se
fundir ou se dividir de acordo com as necessidades fisiológicas.
O organelo tem sido associado, nos últimos anos, ao processo de morte celular denominado
apoptose. Diversas proteínas mitocondriais encontram-se directamente ligadas à apoptose, como as proteínas
BCL-2,
AIF e o
Citocromo C, por exemplo.
A mitocôndria é responsável por muitos processos catabólicos fundamentais para a obtenção de energia para a célula, como a
β-oxidação de
ácidos graxos, o
Ciclo de Krebs e a
Cadeia respiratória.
Estrutura
Diagrama de mitocôndria humana.
A mitocôndria contém as membranas exteriores e interiores compostas
de bicamadas de fosfolípidos e proteínas. As duas membranas, no entanto,
têm propriedades distintas.
6 Devido a esta organização de dupla membrana, existem cinco compartimentos distintos dentro da mitocôndria. São eles:
- Membrana exterior mitocondrial,
- Espaço intermembranar (o espaço entre as membranas exteriores e interiores),
- A membrana mitocondrial interna,
- O espaço de cristas (formado por invaginações da membrana interna), e
- A matriz (espaço dentro da membrana interna).
Membrana exterior
A membrana externa mitocondrial, o que envolve a
organela toda, tem uma proporção de proteína e de
fosfolípidos semelhante ao da membrana plasmática eucariótica (cerca de 1:1 em peso). Ela contém um grande número de
proteínas integrais chamadas
porinas.
7 Estas porinas formam canais que permitem que as moléculas de 5000
Daltons ou menos em peso molecular livremente se
difundam de um lado da membrana para o outro.
6 Proteínas maiores podem entrar na mitocôndria se uma sequência de sinalização em seu
N-terminal se ligue a uma grande
multisubunidade de proteína chamada
Translocase da membrana externa, que então activamente as move através da membrana.
8 A ruptura da membrana exterior permite que as proteínas no espaço intermembranar vazem para o
citosol, conduzindo à morte celular certa.
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Espaço intermembranar
O
espaço intermembranar
é o espaço entre a membrana externa e da membrana interna. Como a
membrana exterior é livremente permeável a moléculas pequenas, as
concentrações de moléculas pequenas, tais como íons e açúcares no espaço
intermembranar são as mesmas que o
citosol.
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No entanto, as proteínas grandes devem ter uma sequência específica de
sinalização para serem transportadas através da membrana externa, de
modo que a composição de proteínas deste espaço é diferente da
composição de proteínas do
citosol. Uma proteína que está localizada no espaço intermembranar desta maneira é o
citocromo c.
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Membrana interna
A membrana mitocondrial interna contém proteínas com cinco tipos de funções:
- Aquelas que realizam as reações redox de fosforilação oxidativa
- ATP sintase, que gera ATP na matriz
- Transportes específicos de proteínas que regulam a passagem de metabólitos para dentro e para fora da matriz
- Maquinaria de importação de proteínas.
- Fusão de mitocôndrias e fissão de proteínas.
Origem
As mitocôndrias têm muitas características em comum com
procariontes. Como resultado, se crê que elas originalmente derivem de procariotas
endossimbióticas.
A presença de
material genético na mitocôndria, ainda por cima
DNA circular
(típico das bactérias), fez emergir teorias sobre sua origem. A
estrutura circular também é encontrada em procariotas, e a semelhança é
estendida pelo facto do ADN mitocondrial ser organizada com um
código genético variante semelhante ao de
proteobacterias.
10 Isto sugere que seu ancestral, a chamado
proto-mitocôndria, era um membro das
proteobacterias. Em particular, a proto-mitocôndria era provavelmente estreitamente relacionada com a
rickettsia.
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No entanto, a relação exacta do antepassado da mitocôndria para as
alfa-proteobactérias e se a mitocôndria foi formada ao mesmo tempo ou
após o núcleo, permanece uma questão controversa.
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Hoje em dia a maioria da comunidade científica acredita na
teoria da endossimbiose.
Esta afirma que a mitocôndria é descendente de uma bactéria. Há milhões
de anos atrás, formaram-se as primeiras células que sobreviviam em
poças de
lamas vulcânicas fervilhantes atestadas de
enxofre que servia para estas células produzirem energia. Após a formação dos primeiros
oceanos, apareceram as primeiras células fotossintéticas. Estas tinham a capacidade de usar a
luz solar para fabricar energia, com libertação de
oxigénio. Passados muitos anos, os índices de oxigénio na
atmosfera
começaram a aumentar e os de enxofre a diminuir. Nessa altura, os
organismos não toleravam nada bem o oxigénio sendo tóxico para os
mesmos, já que antes os índices de oxigénio eram residuais. Portanto,
quem tinha melhor capacidade de sobrevivência eram os seres que
aprenderam a viver com o oxigénio, ou porque aprenderam a usá-lo como
fonte de energia, ou porque através de
fagocitose ganharam uma
relação simbiótica
com seres que já tinham essa capacidade, fornecendo protecção e
nutrientes em troca. Os seres celulares antepassados da mitocôndria
evoluíram primeiro, em relação ao aumento de percentagem de oxigénio no
ar, que os seres unicelulares mais complexos, como por exemplo, os
nossos antepassados, portanto estes fagocitaram os outros e ambos
ganharam uma relação simbiótica que foi evoluindo, e sendo cada vez mais
próxima, tornando-se cada vez mais tolerantes um com o outro. Agora não
há razão para dizer que a mitocôndria é um
ser vivo
independente, mas sim parte de um, pois a relação simbiótica levou-a a
descartar-se do DNA que a possibilitava de viver por si só, tornando-se
num organelo de alto rendimento, dado só ter ficado como o DNA que
codifica
oligonucleótidos:
house-keeping
e que participam no processo de produção de ATP. A prova evidente de
que a mitocôndria é descendente de bactérias é: o seu próprio DNA ser
muito parecido com o das bactérias de hoje em dia: é circular e não tem
intrões;
13 a mitocôndria não tem
núcleo organizado; a mitocôndria tem uma
camada dupla de lipídeos, resultante da eventual fagocitose.
Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs,
ácido cítrico ou
tricarboxílico, corresponde a uma série de reacções químicas que ocorrem na vida da célula e no seu metabolismo. Descoberto por Sir
Hans Adolf Krebs (1900-1981).
O ciclo é executado na mitocôndria dos eucariontes e no citoplasma dos
procariontes. Trata-se de uma parte do metabolismo dos
organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular);
organismos anaeróbicos utilizam outro mecanismo, como a
glicólise = outro processo de
fermentação independente do oxigênio.
O ciclo de Krebs é uma rota anfibólica, catabólica e anabólica , com a
finalidade de oxidar a acetil-CoA (acetil coenzima A), que se obtém da
degradação de
carboidratos,
ácidos graxos e
aminoácidos a duas moléculas de CO
2.
Este ciclo inicia-se quando o
piruvato que é sintetizado durante a glicólise é transformado em
acetil CoA (coenzima A) por acção da enzima
piruvato desidrogenase. Este composto vai reagir com o
oxaloacetato que é um produto do ciclo anterior formando-se
citrato. O citrato vai dar origem a um composto de cinco carbonos, o
alfa-cetoglutarato, com libertação de
NADH, e de CO
2. O alfa-cetoglutarato vai dar origem a outros compostos de quatro carbonos com formação de
GTP,
FADH2, NADH e oxaloacetato. Após o ciclo de Krebs ocorre outro processo denominado
fosforilação.
O ciclo de Krebs tem 8 etapas:
- Formação do citrato
- Formação do isocitrato via cis-aconitato
- Oxidação do isocitrato a a-cetoglurato e CO2
- Oxidação do a-cetoglurato a succinil-CoA e CO2
- Conversão do succinil-CoA em succinato
- Oxidação do succinato a fumarato
- Hidratação do fumarato produz malato
- Oxidação do malato a oxalato
A cada volta do ciclo de Krebs são produzidos três moléculas de NADH, uma de FADH2, uma de nucleosídeo trifosfato (ATP ou GTP).
β-oxidação de ácidos graxos
É adicionada a coenzima A (coA) aos ácidos graxos de cadeia longa, e
esses ácidos graxos, chamados CoA graxos, são identificados pelo
complexo proteico
carnitina
e assim migram para dentro da mitocôndria. Na mitocôndria, os ácidos
graxos unem-se com as enzimas metabólicas, gerando assim o complexo
acetil-coA.
O piruvato, então, une-se ao complexo acetil-coA, formando-se, assim,
o ácido pirúvico, que é extremamente perigoso para a célula. A sua
presença em grandes quantidades pode ser mutagénico, portanto,
carcinogénico (ou seja, pode provocar
cancro,
hanseníase, e algumas doenças respiratórias).
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