Mitocôndrias: Estrutura, Função, Origem e ATP

1 - Onde são encontradas as mitocôndrias e qual sua função básica?
- São encontradas em células eucariontes vegetais e animais.
- Sua função básica é captar energia de carboidratos, lipídeos e aminoácidos e armazená-la em forma de ATP. A molécula de ATP pode ter sua energia facilmente convertida em outras formas de energia a fim de que a célula efetue suas funções, tais como: transporte ativo, biossíntese de macromoléculas, transmissão de impulso nervoso, motilidade, contração e bioluminescência.

2 - Qual a razão para alguns tecidos apresentarem maior número de mitocôndrias? Cite exemplos. Por que sua localização na célula pode variar?
- Pode-se encontrar algumas mitocôndrias por célula, ou milhares como no hepatócito ou dezenas de milhares como na ameba gigante.
- As células vegetais apresentam um número bem menor em relação às animais.
- A localização das mitocôndrias é aleatória, mas existem casos em que se encontram em regiões que a célula mais necessita de energia. Em células musculares, estão associadas aos filamentos contráteis que requerem ATP; em espermatozoides, localizam-se na parte intermediária para facilitar o movimento da cauda.

3 - Por que se entende que a formação de ATP está baseada no transporte ordenado de elétrons e de prótons em movimento correlacionados? (Veja cadeia respiratória)
- A formação de ATP está baseada no transporte ordenado de elétrons e de movimentos de prótons correlacionados.
- A cadeia que transporta elétrons contém proteínas e enzimas que possuem ferro, denominadas citocromos, e ela começa em uma posição de alta energia e termina em uma posição de baixa energia, logo deve haver uma liberação de energia e parte desta é usada para formação do ATP a partir de ADP mais fosfato inorgânico.
- Os citocromos estão presentes em organismos aeróbicos.

5 - Qual a estrutura de uma mitocôndria?
- A mitocôndria é uma organela delimitada por 2 unidades de membrana, a externa é separada da interna por um espaço. A interna é disposta em muitas dobras ou cristas. A disposição destas cristas difere em alguns tipos de células. No interior está presente a matriz.
- Através de técnicas é possível separar as 2 membranas e também as enzimas constituintes destes locais. Algumas enzimas são prontamente solubilizadas quando é feito o rompimento destas organelas. Estas enzimas pertencem à matriz, ao compartimento entre as membranas e provavelmente algumas frouxamente ligadas a uma ou outra membrana.
- O número de cristas na membrana interna é maior em células com intensa atividade respiratória.
- A composição química é basicamente proteínas e lipídeos, sendo que na externa aparece quase 50% de lipídeos enquanto que na interna apenas 20%.
- As proteínas na membrana externa podem funcionar como canais que permitem a permeabilidade aos componentes essenciais para a mitocôndria. As enzimas da membrana externa são diferentes das da membrana interna.

6 - O que significa a hipótese quimiosmótica?
- A proposta mais amplamente aceita para a liberação de energia pelo transporte de elétrons sugere que esta energia seja armazenada como um gradiente eletroquímico de H+ através ou dentro da membrana mitocondrial interna e este gradiente proporciona a formação do ATP. As enzimas que fazem o transporte de elétrons na membrana interna também são capazes de carregar prótons H+ da matriz para o espaço entre as membranas interna e externa e gerar um gradiente eletroquímico de H+, aumentando a concentração de prótons H+ neste espaço.
- Para cada par de elétrons que entra na cadeia vindos do NADH2 na membrana interna, são transferidos para fora 3 pares de prótons. Um par é transferido pela NADH - CoQ redutase (CoQ - ubiquinase). Os outros 2 pares parece utilizarem a cooperação de proteínas da membrana com a coenzima Q, com a intervenção da citocromos, talvez o b para um par e o c para o outro. Os H+ levados para fora não podem simplesmente se difundirem de volta pois a membrana é impermeável a prótons H+, isto permite a manutenção de um gradiente.
- Os processos que levam à fosforilação tem o efeito de movimentar o H+ a favor do gradiente. - As proteínas F0 (fator de associação à oligomicina), com as quais a F1 (complexo de ATPases), está normalmente associada, podem ser canais através dos quais os prótons podem se mover até a F1 na superfície oposta da membrana. A enzima F1 tem atividade ATPase quando ela transporta H+ de uma região de baixa concentração para uma de alta concentração de prótons, um processo ativo que gasta energia. Mas quando existe um gradiente de concentração como o estabelecido pelas enzimas que transportam elétrons, a enzima F1 pode carrear H+ a favor do gradiente e ao fazê-lo, produzir ATP a partir de ADP + Pi (atividade de fosforilação). Cada NADH2 que contribui com seu par de elétron faz com que 3 pares de prótons sejam transferidos através da membrana e os elétrons não terminam em uma molécula de H2O. Cada par de prótons gera energia quimiosmótica para síntese de 1 ATP. Logo, para cada O2 consumido na formação da molécula de H2O e para captar os 2 elétrons de 1 NADH, 3 ATP são formados. A enzima F1 na forma solúvel extraída da mitocôndria age como uma ATPase (cinde o ATP em ADP + P). Na forma intacta da mitocôndria age no sentido contrario, dirigindo o acoplamento da fosforilação do ADP.

7 - Qual a origem da mitocôndria? (hipóteses)
- As mitocôndrias teriam se originado de uma associação simbiótica entre bactérias e uma célula protoeucariótica. Os organismos procariotos que utilizavam vias exclusivamente anaeróbicas foram obrigados a restringir-se às poucas regiões anaeróbicas ou então se adaptar a condições de aerobiose.
- A hipótese simbiótica sugere a associação simbiótica entre um protoeucarioto e um procarioto aeróbico, sendo que parte do genoma do procarioto aeróbico deve ter se incorporado ao genoma nuclear da célula hospedeira.
- A outra hipótese, chamada não simbiótica, sugere que um protoeucarioto deve ter desenvolvido capacidade de transferir elétrons de NADH até O2, e também sintetizar ATP.
Segmentos de membrana de bactéria contendo pigmentos respiratórios teriam se invaginado de modo a originar um outro compartimento no interior do protoeucarioto. A incorporação de um plasmídeo (segmento de DNA extracromossômico) contendo genes para alguns componentes ribossomiais e elementos de cadeia respiratória deve ter ocorrido, bem como a aquisição de uma membrana mais extensa.
- Um sistema de síntese proteica deve ter se instalado, pela simples incorporação do plasmídeo.