Mitocôndria: função e estrutura
A mitocôndria é uma organela responsável pela respiração celular
As mitocôndrias são organelas encontradas no citoplasma das células vegetais e das células animais. Elas são responsáveis pela respiração celular aeróbia, sendo assim, são consideradas organelas geradoras de energia, ou seja, de adenosina trifosfato (ATP).
O
conjunto das mitocôndrias de uma célula recebe o nome de condrioma. O
número de mitocôndrias que constituem o condrioma é bastante variável
entre as células de um mesmo indivíduo, sendo maior nas que têm maior
atividade metabólica.
De modo geral, as mitocôndrias possuem forma
ovalada ou de bastonete e apresentam uma dupla membrana lipoproteica. A
membrana externa é lisa e contínua, já a membrana interna apresenta
pregas e invaginações formando as cristas mitocondriais.
A
membrana interna delimita a matriz mitocondrial, rica em enzimas que
participam de etapas da respiração celular. Imersos nessa matriz também
podem ser encontrados: grânulos densos, que representam principalmente acúmulos de íons cálcio e magnésio; ribossomos chamados mitorribossomos, menores que os ribossomos citoplasmáticos e moléculas de DNA e RNA.
Preenchendo
os espaços e entre as invaginações, encontra-se uma substância amorfa,
denominada matriz. A presença de ribossomos, DNA e RNA na matriz permite
as mitocôndrias produzirem suas próprias proteínas e apresentarem
capacidade de autoduplicação.
Função da mitocôndria: Como ela produz energia?
No
interior das mitocôndrias ocorre a oxidação final das moléculas
orgânicas obtidas dos alimentos ingeridos, com liberação de energia, na
presença de oxigênio (respiração aeróbia). As moléculas orgânicas que
participam deste processo são os carboidratos e lipídios. A respiração
aeróbia que utiliza oxigênio para liberar energia, pode ser apresentada
pela seguinte equação geral:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia
Podemos
observar que além da produção de gás carbônico e água, ocorre a
liberação de energia, que será utilizada para a manutenção das mais
diversas atividades da célula.
A respiração aeróbia se dá em três fases distintas: a glicólise (no citosol), o ciclo de Krebs (na matriz mitocondrial) e a cadeia respiratória (nas cristas mitocondriais). Nos eucariontes, somente a glicólise ocorre no citosol e as demais etapas acontecem no interior das mitocôndrias, organelas ausentes nos procariontes.
Veja também: Ribossomos – Estrutura e funções
1ª etapa: glicólise
Na glicólise cada molécula de glicose é desdobrada em dois piruvatos,
com liberação de hidrogênio e energia, por meio de várias reações
químicas. O hidrogênio combina-se com moléculas transportadoras de
hidrogênio (NAD+), formando NADH+ e H+. A energia liberada é usada para a
síntese de ATP, resultando, no final do processo, um saldo de 2 ATP.
O
piruvato formado na glicólise é um composto chave no metabolismo
celular, pois pode ser utilizado tanto nos processos aeróbios como nos
anaeróbios. O principal fator determinante de qual via o piruvato vai
seguir é o oxigênio. Na presença desse gás, o piruvato é degradado em
CO2 e H2O na respiração. Na ausência, é parcialmente degradado nos
processos de fermentação.
2ª etapa: ciclo de Krebs
Na
respiração, o piruvato formado na glicólise penetra na matriz
mitocondrial e é transformada em acetil, havendo liberação de gás
carbônico e de hidrogênio. O acetil combina-se com uma substância
denominada coenzima A (CoA), formando o acetil-CoA, que entra no ciclo
de Krebs.
O ciclo de Krebs foi elaborado por Hans Adolf Krebs,
que, em função disso, recebeu o prêmio Nobel de fisiologia em 1953. O
ciclo de Krebs é também chamado ciclo do ácido cítrico ou ciclo dos
ácidos tricarboxílicos. Nesse ciclo são liberados CO2, ATP, NADH+, H+ e FADH2. Todo gás carbônico liberado na respiração provém da formação de acetil e do ciclo de Krebs.
Veja também: Citoplasma das células – Função e composição
3ª etapa: cadeia respiratória
A cadeia respiratória ocorre associada às cristas mitocondriais.
Por meio desse processo, há transferência de hidrogênios transportados
pelo NAD+ e pelo FAD para o gás oxigênio formando água e produzindo ATP.
O
oxigênio é o aceptor final de hidrogênios e participa diretamente
apenas da última etapa da cadeia respiratória. Apesar disso, é um
reagente fundamental para que a respiração ocorra, pois todas as demais
reações da respiração que ocorrem dentro da mitocôndria cessam na sua
ausência.
Sem oxigênio, alguns organismos e mesmo células do
tecido muscular esquelético humano continuam a realizar glicólise,
desviando o metabolismo para a fermentação.
Nas transferências de
hidrogênios ao longo da cadeia respiratória, há liberação de elétrons
excitados, que vão sendo captados por transportadores intermediários,
dentre eles os citocromos. Os complexos citocromos participam de um
complexo mecanismo que resulta na síntese de ATP.
Cada NADH libera
energia para formar 3 moléculas de ATP e cada FADH2 libera energia para
formar 2 moléculas de ATP. Como são formados 10 NADH e 2 FADH2 nas
etapas anteriores da respiração, teremos o total de 34 ATP formados na
cadeia respiratória. Como o saldo energético da glicólise é de duas
moléculas de ATP e o ciclo de Krebs também, teremos o total de 34 ATP
formados na cadeia respiratória.
Entretanto, em certas células
eucarióticas, como as da musculatura esquelética humana e provavelmente
as do cérebro, o saldo energético da respiração por molécula de glicose
degradada é de 36 ATP. Isso ocorre em função de um mecanismo relacionado
à entrada do NADH na mitocôndria, em que há gasto de 1 ATP por NADH.
Como
são 2 NADH produzidos na glicólise por molécula de glicose, o gasto
total é de 2 ATP. Desse modo, dependendo do tipo de célula eucariótica, o
saldo total de ATP na respiração aeróbia pode ser de 36 ou 38 ATP.
Herança mitocondrial
Geralmente, as células do corpo dos animais contêm mitocôndrias herdadas apenas da mãe,
como ocorre na espécie humana. O gameta feminino e o masculino possuem
mitocôndrias, mas, assim que ocorre a fecundação e se forma a
célula-ovo, as mitocôndrias provenientes do gameta masculino degeneram.
No momento da fecundação, a mitocôndria da mãe permanece (Foto: depositphotos)
Apenas
as mitocôndrias do gameta feminino permanecem na célula. Assim, as
mitocôndrias são herdadas da mãe e não do pai e essa informação tem sido
usada em testes para identificar a maternidade das pessoas.
Veja também: Respiração celular
Os procariontes e a ausência de mitocôndrias
Nos procariontes, como não há mitocôndrias, o processo inteiro da respiração ocorre no citoplasma e na face citoplasmática da membrana celular.
Nesse caso, o rendimento energético total da respiração é de 38
moléculas de ATP para cada molécula de glicose degradada. Os
procariontes mais conhecidos são as bactérias e as cianobactérias.
Referências
JUNQUEIRA,
L. C. U.; CARNEIRO, J. Papel das mitocôndrias na transformação e
armazenamento de energia. JUNQUEIRA, L. C, U.; CARNEIRO, J. Biologia
celular e molecular, v. 8, p. 63-75.
MOREIRA, Catarina. Respiração. Revista de Ciência Elementar, v. 1, n. 1, p. rce2013. 009, 2013.
