Mitocôndrias: função, estrutura, o que é

Toda célula necessita de energia para realizar os diferentes tipos de atividades, para isso, organelas como as mitocôndrias, produzem moléculas ricas em energia chamada de trifosfato de adenosina. Popularmente conhecidas como ATP.

Essas organelas são estruturas especializadas exclusivas das células de animais, plantas e fungos. Eles servem como baterias, alimentando diversas funções da célula e do organismo como um todo.

Embora as mitocôndrias sejam parte integrante da célula, há evidências que mostram que eles evoluíram a partir de bactérias primitivas. Antes de continuar a leitura, dê uma olhada nesse vídeo logo abaixo.

O que são mitocôndrias

Mitocôndrias são organelas presentes em células eucariontes com a função de realizar a respiração celular e produzir energia para as células.  Elas possuem duas membranas que a delimitam e possuem seu próprio DNA, RNA e ribossomos para produzirem as próprias proteínas.

Essas organelas conseguem produzir energia a partir da quebra de moléculas de carboidratos. A energia produzida nesse processo é transferida para moléculas de ADP que irão se transformar em ATP.

Função das mitocôndrias

A principal função das mitocôndrias é metabolizar ou quebrar carboidratos e ácidos graxos para gerar energia. As células eucarióticas usam energia na forma de uma molécula química chamada ATP (trifosfato de adenosina).

A geração de ATP ocorre dentro da matriz mitocondrial, embora os passos iniciais do metabolismo de carboidratos (glicose) ocorram fora da organela.

De acordo com Geoffrey Cooper em ” The Cell: A Molecular Approach 2nd Ed ” (Sinauer Associates, 2000):

… a glicose é convertida em piruvato e depois transportada para a matriz. Os ácidos gordurosos, por outro lado, entram nas mitocôndrias tal como estão.

O ATP é produzido ao longo de três etapas vinculadas. Primeiro, usando enzimas presentes na matriz, o piruvato e os ácidos gordurosos são convertidos em uma molécula conhecida como acetil-CoA.

Isso então se torna o material de partida para uma segunda reação química conhecida como ciclo do ácido cítrico ou Ciclo de Krebs.

Este passo produz bastante dióxido de carbono e duas moléculas adicionais, NADH e FADH 2, que são ricas em elétrons. As duas moléculas se movem para a membrana mitocondrial interna e começam o terceiro passo: fosforilação oxidativa.

Nesta última reação química, NADH e FADH 2  doam seus elétrons para oxigênio, o que leva a condições adequadas para a formação de ATP.

Uma função secundária das mitocôndrias é sintetizar proteínas para seu próprio uso. Eles trabalham de forma independente e executam a transcrição de DNA para RNA, e a tradução de RNA para aminoácidos (os blocos de construção da proteína), sem usar nenhum componente da célula.

No entanto, aqui também, existem diferenças nos eucariotas. A sequência de três DNA nucleotídeos UAG (uracil-adenina-guanina) é uma instrução para a tradução para parar no núcleo eucariota.

De acordo com os autores de ” Molecular Cell Biology 4th Ed ” (WH Freeman, 2000), enquanto esta sequência também interrompe a tradução nas mitocôndrias das plantas, ele codifica o aminoácido triptofano nas mitocôndrias de mamíferos, moscas e leveduras de frutos.

Além disso, os transcritos de RNA que surgem de genes mitocondriais são processados ​​de forma diferente em plantas do que em animais.

“Muitas modificações devem ocorrer nas mitocôndrias das plantas para que esses genes sejam funcionais”,

Sloan à LiveScience.

Por exemplo, em plantas, os nucleotídeos individuais de transcritos de RNA são editados antes da transformação ou síntese proteica ter lugar. Além disso, os intrões, ou porções de RNA mitocondrial que não carregam instruções para a síntese protéica, são empalhados.

Ocorrência

Todos os organismos vivos são construídos com um tijolo fundamental: a célula. Em alguns casos, uma única célula constitui um organismo inteiro.

As células contêm material genético ( DNA  e RNA), e desempenham funções essenciais, como o metabolismo e síntese proteica.

As células também são capazes de auto-replicar. No entanto, o nível de organização varia dentro das células de diferentes organismos. Com base nessas diferenças, os organismos são divididos em dois grupos: eucariotas e procariotas.

Plantas, animais e fungos são todos eucariotas e possuem células altamente ordenadas. O seu material genético é empacotado em um núcleo central.

Eles também possuem componentes celulares especializados denominados  organelas celulares, cada um dos quais executa uma tarefa específica.

Organelas como a mitocôndria, o retículo endoplasmático rugoso e o complexo golgiense servem, respectivamente, para gerar energia, sintetizar proteínas e proteínas de pacote para transporte para diferentes partes da célula e além.

O núcleo, bem como a maioria dos organelas eucarióticos, está ligado por membranas que regulam a entrada e saída de proteínas, enzimas e outros materiais celulares para e do organelo.

Os procariontes, por outro lado, são organismos unicelulares, como bactérias e arqueias. As células procarióticas são menos estruturadas que as células eucarióticas, pois eucariontes tem núcleo.

Em vez disso, seu material genético está flutuando livremente dentro da célula. Eles também  não possuem muitos organelos ligados à membrana  encontrados em células eucarióticas. Assim, os procariotas não têm mitocôndrias.

As partes de uma mitocôndria.

Estrutura

Em uma  revisão de 1981 da história das mitocôndrias  no Journal of Cell Biology, os autores Lars Ernster e Gottfried Schatz observam que a primeira observação verdadeira das mitocôndrias foi feita por Richard Altmann em 1890.

Enquanto Altmann os chamava de “bioblastos”, sua atual, visualmente descritiva O nome foi dado por Carl Benda em 1898, com base em suas observações de desenvolvimento de esperma. “Mitocôndria” deriva de duas palavras gregas: “mitos” que significa “fio”, e “chondros” que significa granulado.

Conforme descrito por Karen Hales, professora de biologia no Davidson College, em  Nature Education , essas organelas são dinâmicas e constantemente fundem-se para formar cadeias e depois se separam.

As mitocôndrias individuais são em forma de cápsula, com uma membrana externa e uma membrana interior ondulada, que se assemelha a dedos salientes.

Estes plissados ​​membranosos são chamados de cristas, e servem para aumentar a superfície total da membrana. Quando comparada às cristas, a membrana externa é mais porosa e menos seletiva sobre os materiais que ela permite.

A matriz é a porção central da organela e é cercada por cristas. Contém enzimas e DNA. As mitocôndrias são diferentes das organelas (com exceção dos cloroplastos vegetais), na medida em que possuem seu próprio conjunto de DNA e genes que codificam proteínas.

As mitocôndrias de plantas foram observadas pela primeira vez por Friedrich Meves em 1904, como mencionado por Ernster e Schatz ( Journal of Cell Biology, 1981 ).

Embora as mitocôndrias de plantas e animais não diferem em sua estrutura básica,  Dan Sloan , professor assistente da Universidade do Colorado, disse que seus  genomas  são bastante diferentes. Eles variam em tamanho e estrutura.

De acordo com Sloan, os genomas da maioria das plantas com flores são cerca de 100.000  pares de bases  em tamanho e podem ser tão grandes como 10 milhões de pares de bases.

Em contraste, os genomas de mamíferos são de cerca de 15.000 a 16.000 pares de bases de tamanho. Além disso, enquanto o genoma mitocondrial animal tem uma configuração circular simples, Sloan disse que o genoma mitocondrial da planta, embora retratado como circular, poderia assumir formas alternativas. “Sua estrutura real in vivo [dentro da planta] não é bem compreendida. Podem ser moléculas ramificadas complexas “, disse ele.

Origem das mitocôndrias: A teoria endossimbionte

Em seu artigo de 1967, “On the Origins of Mitosing Cells”, publicado no Journal of Theoretical Biology, a cientista Lynn Margulis propôs uma teoria para explicar como as células eucarióticas, juntamente com suas organelas, foram formadas.

Ela sugeriu que as mitocôndrias e os cloroplastos de plantas eram uma vez células procarióticas livres que foram engolidas por uma célula hospedeira eucariótica primitiva.

A hipótese de Margulis é agora conhecida como a “teoria endossibionte”.  Dennis Searcy , professor emérito da Universidade de Massachusetts Amherst, explicou o seguinte: “Duas células começaram a viver juntas, trocando algum tipo de substrato ou metabolito [produto do metabolismo, como ATP]. A associação tornou-se obrigatória, de modo que agora, a célula hospedeira não pode viver separadamente “.

Mesmo no momento em que Margulis o propôs, já existiam versões da teoria do endosimbionte, algumas datadas de 1910 e 1915. “Embora essas idéias não sejam novas, neste artigo foram sintetizadas de forma a serem consistentes com dados recentes sobre bioquímica e citologia de organelas subcelulares”, escreveu ela em seu artigo.

De acordo com um artigo de 2012  sobre a evolução mitocondrial  de Michael Gray na revista Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, Margulis baseou sua hipótese em duas provas fundamentais.

Primeiro, as mitocôndrias possuem seu próprio DNA. Em segundo lugar, os organelos são capazes de traduzir as mensagens codificadas em seus genes para proteínas, sem usar nenhum dos recursos da célula eucariótica.

O sequenciamento do genoma e as análises do DNA mitocondrial estabeleceram que Margulis estava correto sobre as origens das mitocôndrias.

A linhagem da organela foi rastreada até um antepassado bacteriano primitivo conhecido como alfaproteobactérias (α-proteobactérias).

Apesar da confirmação do patrimônio bacteriano das mitocôndrias, a teoria do endosimbiont continua a ser pesquisada. “Uma das maiores questões agora é:” Quem é a célula hospedeira? “, Sloan disse à LiveScienc

. Como Gray observou em seu artigo, as questões que demoram é se as mitocôndrias se originaram após a célula eucariótica surgir (como hipótese na teoria do endosimbio) ou se a mitocôndria e a célula hospedeira emergiram juntas, ao mesmo tempo.

Mitocôndrias Resumo

Diversas células têm atividade metabólica muito intensa e requerem grande quantidade de energia. No citoplasma dessas células é possível encontrar muitas organelas denominadas mitocôndrias, responsáveis pela respiração celular. Nessas organelas ocorre a reação de compostos orgânicos com o gás oxigênio e a liberação de energia na forma de ATP.

A estrutura de uma mitocôndria em uma imagem típica de microscopia eletrônica de grande ampliação (cerca de 100 mil vezes). A imagem foi colorizada por computador, adicionando a cor vermelha à mitocôndria. O retículo endoplasmático granuloso ficou azul, e as vesículas de secreção aparecem em tons de verde.

O interior da mitocôndria tem um complexo sistema de membranas que é indicador da grande quantidade de reações químicas dessa organela. As dobras da membrana são chamadas cristas. O espaço interno da mitocôndria é preenchido pela matriz mitocondrial, a parte funcional, especializada em reações químicas.

Além da membrana interna, as mitocôndrias também possuem uma membrana externa. Existe grande diferença na permeabilidade dessas duas membranas. A externa tem grande permeabilidade, com canais proteicos que permitem a passagem de substâncias como água, e mesmo compostos

orgânicos, como moléculas de tamanho avantajado. A membrana interna é impermeável a elas, o que torna o espaço inter-membranas praticamente um prolongamento do citosol da célula.

Células musculares têm muitas mitocôndrias no citoplasma, o que é compreensível em razão da alta demanda energética dessas células. As células do músculo cardíaco, que está constantemente se contraindo e relaxando, também apresentam grande quantidade de mitocôndrias.

Embora as mitocôndrias classicamente sejam representadas como nas imagens anteriores, é importante saber que elas têm estrutura flexível e se modificam de acordo com os espaços disponíveis e até mesmo com suas funções específicas. Observe a forma das diversas mitocôndrias vistas até aqui.

É compreensível que nas células musculares elas estejam ajustadas em pequenos espaços, alongando-se paralelamente às miofibrilas. No entanto, nas células dos espermatozoides de mamíferos, com alta demanda energética, o formato das mitocôndrias é muito diferente.

Observe, na figura abaixo, a fotografia (e um esquema) de um espermatozoide de morcego, mostrando em destaque a cabeça e a peça intermediária. As mitocôndrias envolvem a peça intermediária do espermatozoide.

A fotografia acima foi obtida por microscópio eletrônico de transmissão de espermatozoide de morcego com aumento de 2 mil vezes. Os espermatozoides de mamíferos têm uma peça intermediária muito rica em mitocôndrias. Veja no esquema ao lado que essas organelas (em azul) não têm a forma característica tradicionalmente utilizada em representações gráficas.

As mitocôndrias têm outra particularidade muito importante. Observe as formas variadas das mitocôndrias e preste especial atenção à indicada pela seta, que parece estar se dividindo.

De fato, as mitocôndrias são capazes de se autoduplicar e possuem, inclusive, DNA próprio, embora dependam do DNA nuclear para suas funções, inclusive para sua duplicação. Assim, elas funcionam de maneira parecida com microrganismos internos, com a diferença de que as mitocôndrias se tornaram indispensáveis à sobrevivência da maioria das células que as possuem.

Leitura sugerida

• Organelas citoplasmáticas
• Teoria celular
• Hipótese heterotrófica
• Célula animal
• Célula vegetal
• Ácidos nucleicos

Recursos adicionais

• National Institutes of Health Genetics Referência Inicial:Mitocôndria
• National Science Foundation: Chalk Talk on Mitochondria

Referências Bibliográficas

1. Sperelakis, Nicholas (editor); Freedman, Jeffrey C. (autor do capítulo); Ferguson, Donald G. (autor do capítulo). «6:Ultrastructure of cell». Cell Physiology Sourcebook. A Molecular Approach (em inglês) 3ª ed. San Diego, California: Academic Press. p. 105. 1235 páginas. ISBN 0-12-656977-0
2. Karp, Gerald (2008). Cell and Molecular Biology. Concepts and Experiments (em inglês) 5ª ed. New Jersey: John Wiley. p. 180-213. ISBN 978-0-470-04217-5
3. Youtube – Estrutura e função das mitocôndrias – Acessado em 14 de janeiro de 2021