O que são mitocôndrias?

Quando ligamos o ventilador ou as luzes, é natural pensar sobre a origem da energia para esses aparelhos. A resposta facilmente vem à mente; são as usinas estacionadas em nossa cidade ou estado. Da mesma forma, quando levantamos pesos ou corremos, sabemos de onde vem essa energia? Agora, ao contrário das cidades, que têm uma fonte centralizada de poder, nossas células corporais individuais possuem suas próprias fontes de energia. Esta fonte é a mitocôndria e cada célula tem muitos deles.

O que são as mitocôndrias?

As mitocôndrias são conhecidas como “Central elétrica da célula”. Sua função imediata é converter a glicose em ATP (Trifosfato de Adenosina). ATP pode ser considerado a “moeda” da célula. É a unidade básica de energia que é necessária para alimentar as reações químicas em nosso corpo. O processo desta conversão é conhecido como respiração aeróbica e é a razão pela qual os humanos precisam respirar oxigênio.

Diagrama de mitocôndria animal (Crédito da foto: Mariana Ruiz Villarreal LadyofHats / Wikimedia Commons)

As mitocôndrias não têm forma e tamanho constantes, mas a estrutura geral permanece igual, que é em forma de haste. Seu tamanho varia entre 1 e 10 micrómetros de comprimento. O número de cada célula varia de acordo com a atividade metabólica de cada célula específica. A estrutura é muito simples, com quatro compartimentos diferentes. Possui uma membrana externa lisa e uma membrana interna altamente enrolada. Essas circunvoluções dão origem a cristas. Então, ele possui um espaço inter-membrana e, finalmente, temos a matriz no interior.

Uma organela celular com seu próprio DNA?

As mitocôndrias são diferentes de todas as organelas celulares, pois possuem seu próprio conjunto de DNA. Eles são extremamente interessantes, já que eles são órgãos celulares, eles realmente nunca começaram como um. Os cientistas levantam a hipótese de que as mitocôndrias eram células bacterianas aeróbias que, em algum momento, ocupavam eucariotas primitivas e podiam resistir as enzimas digestivas. Ao longo do tempo, eles desenvolveram uma ligação simbiótica e adicionaram metabolismo oxidativo às células eucarióticas. A célula bacteriana evoluiu gradualmente para a mitocôndria.

O que é ainda mais interessante é que ele pode mesmo se reproduzir independentemente da célula. O DNA e os ribossomos estão localizados na matriz. Ele também possui um conjunto de enzimas presentes que o ajudam a desempenhar sua função.

O que isso faz?

Mesmo que sua principal função seja gerar ATP, ele possui uma série de processos dentro dele. Esses processos incluem a oxidação do piruvato, o ciclo de Krebs e o metabolismo de várias biomoléculas. A produção de ATP ocorre através da respiração aeróbica, que consiste em glicólise, ciclo do ácido cítrico e corrente de transporte de elétrons. Isso acontece na membrana interna da mitocôndria.

O que é a respiração aeróbia?

Agora que sabemos o que produz a energia, a próxima questão é como as mitocôndrias produzem essa energia. O processo de respiração aeróbia é responsável por fornecer energia à célula. Essa energia é produzida através de determinadas etapas. Eles são glicólise, o ciclo do ácido TCA – Tricarboxílico (Também conhecido como o ciclo do Kreb ou o ciclo do ácido cítrico) e a cadeia de transporte de elétrons. A via produz 36 ATP para cada molécula de glicose.

Caminhos de produção de ATP

Glicolise

A glicólise é um processo de catabolismo, o que significa a quebra de uma molécula maior em menores. Uma molécula de glucose (6 átomos de carbono) é dividida em duas moléculas de piruvato (3 átomos de carbono cada). Este processo usa dois ATP para produzir quatro ATP e dois NADH.

Antes de entrar no próximo passo, uma pequena mudança deve ocorrer. A molécula de piruvato é oxidada. Perde um átomo de carbono na forma de dióxido de carbono e forma um grupo acetil de 2 carbonos. É então anexado a uma Coenzima A. Este processo produz 2 NADH. Agora podemos continuar com o processo.

Ciclo de ácido tricarboxílico (ciclo de Kreb ou ciclo de ácido cítrico)

Inicialmente, o acetil-co-A de 2-carbono é combinado com um ácido oxaloacético de 4-carbono para formar um ácido cítrico de 6 carbonos. O ciclo envolve 8 reações enzimáticas de oxidação e descarboxilação, que deixa o ácido cítrico de 6 carbonos de volta em sua forma original oxaloacética de 4-carbono. Durante este processo, duas moléculas de dióxido de carbono são liberadas. Apenas um ATP é produzido, juntamente com três NADH e um FADH 2 .

Reação em cadeia de elétrons (ETC)

Now, this is the actual part where the term ‘aerobic’ makes sense. This step in energy production is why we need to breathe oxygen. The NADH and FADH2 that were produced in the previous steps are oxidized to form NAD+ and FAD (These are electron carriers. NAD is also a coenzyme, while FAD is a redox cofactor). Hydrogen (which consists of one proton and one electron) passes through the ETC, which consists of many electron carriers. As the electron passes through the chain, the protons (H+) are pushed out into the inter-membrane space. Once the electrons have exited the chain, they are accepted by the oxygen atom to form an O–.

Agora, se observarmos, os elétrons saem da matriz enquanto os prótons permanecem no espaço inter-membrana. Portanto, isso cria um gradiente elétrico através da membrana interna. Além disso, a alta concentração de H + no exterior muda o pH (maior o H + , menor o pH, ou seja, o pH será ácido) e cria um gradiente de pH. Assim, para criar um equilíbrio entre as duas regiões, H + precisa viajar de volta para a matriz. Não pode viajar diretamente através da membrana. Existem canais de membrana especiais, que permitem que a transferência ocorra. É aqui que a produção ATP ocupa um lugar central! A enzima ATP sintase é acoplada a esses canais. A difusão de alta energia de H +impulsiona a combinação de ADP e P para formar ATP. Este processo nos dá um total de 32 ATPs. O H +combina com O – para formar H 2 O.

Catabolismo das biomoléculas

Mitochondria break down lipids, proteins, and nucleic acids as well. They catabolize lipids (triglycerides – the storage form of fats) int0 glycerol and fatty acids. These two are then used for energy production. Proteins are broken into amino acids, but the use of amino acids for energy production is not very efficient. It only takes place in starving situations. In the case of nucleotides, DNA is never catabolized, while RNA can be. They are broken down into sugars and nitrogenous bases. However, even this is limited to uracil and cytosine (pyrimidine bases). The rest is excreted out in the form of urea. Typically, they are recycled to make new nucleic acids.

 

A evolução levou ao maravilhoso desenvolvimento das mitocôndrias. A alta eficiência dos percursos torna a produção de energia extremamente fácil. O processo passo-a-passo também nos dá a ATP – moeda de energia – de forma corretamente gerenciada!

Referências:

  1. Georgia State University
  2. Christian Brothers University
  3. Universidade Estadual da Flórida
  4. Universidade de arroz
  5. Kenyon College

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