Ao analisar os seres vivos atuais verificamos que as células obtêm a maior parte de sua energia a partir de mecanismos baseados em membranas biológicas presentes nos cloroplastos e nas mitocôndrias.
A partir de dados geológicos podemos deduzir que não havia oxigênio quando começou a vida na Terra.
Para sobreviveram em tais condições supõem-se que as células fermentavam de forma anaeróbia a matéria orgânica existente. Mas em algum momento da história evolutiva surgiu um mecanismo de formação de ATP que se baseia no transporte de elétrons através de membranas. Tal mecanismo tornou-se essencial para desencadear uma maior complexidade de seres vivos e está envolvido tanto na oxidação fosforilativa quanto na fase clara da fotossíntese.
Mitocôndrias
São organelas celulares constituídas por duas unidades de membrana. Sua forma pode ser arredondada ou alongada, variando de acordo com o tipo de tecido em que ocorrem.
Seu diâmetro é de 1µm e o comprimento varia de 1 a 10µm, em geral se observam mitocôndrias de 8µm.
As formas mais alongadas ou filamentosas podem por fragmentação originar mitocôndrias esféricas, enquanto as formas esféricas podem, por fusão, originar as alongadas (na imagem abaixo as mitocôndrias aparecem em vermelho).
A posição das mitocôndrias nas células é bastante variável, em geral, são encontradas em maior número junto aos locais de grande consumo de energia.
Sua quantidade também é variável, mudando de acordo com as necessidades energéticas das células.
A composição química também varia com o tipo de tecido e a espécie estudada. No total tem aproximadamente ¾ de proteínas para ¼ de lipídios.
A densidade da matriz é maior quanto mais atividade respiratória houver.
O número de cristas é maior quanto mais atividade respiratória houver.
As mitocôndrias possuem no seu interior:
• DNA circular;
• RNA;
• Ribossomos quimicamente semelhantes aos das bactérias.
Além disso:
• Sintetizam suas próprias proteínas;
• Dão origem a novas mitocôndrias por divisão;
• Todas as mitocôndrias dos organismos se originaram a partir das mitocôndrias presentes no citoplasma do óvulo;
• Possuem duas unidades de membrana: 1 externa lisa e 1 interna porosa.
• As enzimas da membrana interna são semelhantes às encontradas em bactérias aeróbias.
Estas evidências sugerem uma origem através da endossimbiose a partir do englobamento de um procarionte aeróbico por uma célula eucarionte.
A RESPIRAÇÃO CELULAR
Lavoisier e Laplace interpretaram o processo de respiração celular como uma combustão lenta da glicose que ocorre sem liberar calor excessivo, para isto ocorre em diferentes etapas e envolve vários sistemas enzimáticos.
Os organismos que não realizam fotossíntese podem obter energia a partir de dois processos básicos: fermentação anaeróbia ou respiração.
Estes dois processos envolvem num primeiro momento a quebra da molécula da glicose (glicólise) em dois compostos de 3 carbonos.
Glicólise:
É um processo que envolve 10 diferentes reações enzimáticas e ocorre no citoplasma das células. Neste processo não há consumo de O2 são produzidas duas moléculas de ácido pirúvico (Piruvato) e 2 moléculas de NADH2..
Na glicólise são consumidos 2ATP e sintetizados 4ATP, portanto há um rendimento de 2ATP por molécula de glicose.
Nos processos anaeróbios o piruvato integrará rotas de fermentação de modo que:
• Bactérias e células musculares produzem ácido lático.
• Leveduras produzem álcool etílico e liberam 2CO2 (um para cada ácido pirúvico que se transforma em álcool etílico).
Etapa mitocondrial ou Fosforilação oxidativa: As etapas da fosforilação oxidativa ocorrem no interior das mitocôndrias em organismos eucariontes e pode ser subdividida em 3 etapas:
PRODUÇÃO DE ACETIL-coA
(acetil coenzima A): Coenzima-A + PIRUVATO + sistema multienzimático (com vitaminas B1,B2,biotina) = Acetil coenzima – A + CO2 + 1NADH2.
A produção de acetil-coA ocorre na matriz mitocondrial. Nessa etapa é produzido o CO2 que liberamos na atmosfera durante a respiração. Portanto não é o O2 que se transforma em CO2, mas sim parte da Glicose.
CICLO DE KREBS (Ciclo do ácido cítrico)
Este ciclo foi descoberto em 1937 por Hans Krebs que o chamou de ciclo do ácido cítrico. A Acetil-coA ativa o ciclo ao se combinar com o ácido oxalacético formando o ácido cítrico.
Após uma série de reações enzimáticas o ácido oxalacético é reconstituído por este motivo esta reação geral é denominada um ciclo.
Todas as reações desse ciclo são catalisadas por enzimas presentes na matriz mitocondrial. Para cada ácido cítrico que inicia o ciclo são produzidos: 2CO2 + 1ATP ou 1GTP + 3NADH2 + 1FADH2.
CADEIA RESPIRATÓRIA (fosforilação oxidativa)
Esta etapa é realizada por um complexo de enzimas presentes na membrana interna das mitocôndrias.
RENDIMENTO TOTAL - Para cada molécula de glicose oxidada são produzidos:
• 2ATP na glicólise
• 2ATP ou 2GTP no ciclo de Krebs (1 para cada acetil-CoA)
• 34ATP na cadeia transportadora de elétrons (17 para cada piruvato produzido na glicólise).
Isto demonstra a grande vantagem da respiração aeróbica em relação a fermentação pois com a presença de O2 uma molécula de glicose libera energia para formação de 38 ATP enquanto que na fermentação são liberados apenas 2ATP por glicose.
Controle da respiração:
Uma grande quantidade de ATP inibe a formação de piruvato, enquanto a falta de ATP ativa o ciclo do ácido cítrico.
Quando há bastante ATP a glicose é encaminhada para rotas alternativas como a formação de ribose para síntese de ácidos nucléicos ou é encaminhada para síntese de lipídios.
HIPÓTESE DA ORIGEM DE MITOCÔNDRIAS:
As mitocôndrias são organelas supostamente derivadas de bactérias primitivas, englobadas por células procarióticas mais desenvolvidas, estabelecendo assim uma relação de endossimbiose.
O estabelecimento desse intercâmbio foi favorável aos dois organismos, devido à mútua cooperação de ambos: um ofertando proteção e nutrientes, o outro de forma compensatória, favorecendo maior rendimento e aproveitamento energético através do processo de respiração celular.
Essa hipótese simbiótica fundamenta-se segundo três aspectos: primeiro pela existência de material genético próprio, característico de organismos ancestrais (DNA circular); em segundo pela presença de RNA ribossômico estruturalmente diferenciado (com menor teor protéico / conseqüentemente menor tamanho dos ribossomos) em relação aos da célula hospedeira; e terceiro, devido à existência de duas membranas constituindo as mitocôndrias, sendo a interna do organismo engolfado e a externa do organismo que efetuou a incorporação.
Referências:
1- ALBERTS, Bruce et al. Fundamentos da Biologia Celular. Porto Alegre, ARTMED, 1999.
2-BIOLOGIA INTERATIVA. Lisossomos: Centros de Reciclagem e Caminhões de Lixo. Disponível em: http://biointerativa.com/lisossomos-centros-de-reciclagem-e-caminhoes-de-lixo/
3- DIAS; Ricardo Ribeiro et al. Influência da lidocaína na proteção miocárdica com solução cardioplégica sanguinea. in Revista brasileira de Cirurgia Cardiovalcular. Disponível em: http://www.rbccv.org.br/imprimir_port.asp?id=281
4- JUNQUEIRA, L.C.U. ; CARNEIRO J. Histologia Básica. 10ª ed. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 2004.
5- LOPES, S. BIO 1: Introdução à biologia e origem da vida, citologia, embriologia; histologia. 12ª ed. São Paulo : Saraiva, 1993.
6- MUNDO EDUCAÇÃO. A origem das mitocôndrias. Disponível em: http://www.mundoeducacao.com.br/biologia/a-origem-das-mitocondrias.htm
7- BIOAULAS. Imagem de mitocôndria. Disponível em: http://loja.bioaulas.com.br/product_info.php?products_id=66&osCsid=8b3db54c642bdae65ef6d32ffe1c1aad
8- MUNDO VESTIBULAR. Mitocôndrias. Disponível em: http://www.mundovestibular.com.br/articles/9226/1/Mitocondrias/Paacutegina1.html
9- VOET, D. et al. Fundamentos de Bioquímica: a vida em nível molecular. 2ª Ed. Porto Alegre, ARTMED, 2008.
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