O que são as Mitocôndrias?

O que são as Mitocôndrias?

As mitocôndrias (do grego μίτος ou mitos (fio/fio) + χονδρίοv ou “cartilagem” (grânulo).) são uma das organelas mais importantes e também estão fortemente relacionadas à respiração celular. É fornecido pela célula hospedeira por meio de substâncias orgânicas como a glicose, que é processada e convertida em energia na forma de ATP, que é então devolvido à célula hospedeira, energia química que pode ser utilizada em reações bioquímicas que requerem gasto energético . As mitocôndrias são abundantes nas células: no sistema nervoso (terminais axônicos), no coração e no sistema muscular, pois possuem maior necessidade de energia.

Microscopia eletrônica de mitocôndrias em duas células de tecido pulmonar de mamíferos mostrando sua matriz e membranas.
As mitocôndrias estão presentes na maioria dos eucariotos, exceto por um grupo de protistas chamado Archezoa, embora a análise do genoma desses organismos sugira que eles podem ter perdido mitocôndrias durante a evolução. A principal evidência disso é a descoberta de genes que codificam proteínas mitocondriais nos genomas nucleares desses protistas (Bui & Bradley, 1996). Altmann os descreveu em 1894 (ele os chamou de “bioblastos”), mostrando que estava envolvido na oxidação celular.

Seus números variam de célula para célula e são proporcionais à atividade metabólica de cada célula, com essas estruturas variando de quinhentas a mil ou mesmo 10.000 por célula.

Possui duas membranas de lipoproteínas, uma membrana externa lisa e uma membrana interna que se dobra para formar vilosidades chamadas cristas.  A região delimitada pela membrana interna é chamada de matriz mitocondrial, que contém proteínas, ribossomos e DNA mitocondrial, é circular e contém 37 genes que codificam 13 proteínas, 2 rRNAs e 22 tRNAs. Estes são necessários durante a produção de ATP, que é necessária para que ocorra a respiração celular.

Esquema mostrando as mitocôndrias, um dos componentes das células animais comuns (organelas): nucléolo, núcleo, vesículas ribossomais (pontilhadas), retículo endoplasmático rugoso, complexo de Golgi, citoesqueleto, retículo endoplasmático liso, mitocôndria, vacúolo, citoplasma, lisossomo, centríolo parasita liso centrossomo interior
As mitocôndrias formam uma extensa rede chamada rede mitocondrial. Essa rede consiste em subunidades mitocondriais que podem se fundir ou dividir de acordo com as necessidades fisiológicas. Nos últimos anos, as organelas têm sido implicadas em um processo de morte celular chamado apoptose. Várias proteínas mitocondriais estão diretamente envolvidas na apoptose, como BCL-2, AIF e a proteína citocromo C.

As mitocôndrias são organelas que agem como o sistema digestivo, absorvendo nutrientes, quebrando-os e produzindo moléculas ricas em energia para as células. Sua função é crítica para as células e, sem ela, as células morreriam. Embora o DNA mitocondrial tenha uma alta taxa de mutação (10 vezes maior que o DNA nuclear), ele não mudou muito desde o seu início, além de descartar o DNA não utilizado. O que acontece é que esse DNA só pode ser modificado por mutação porque não pode se recombinar como o DNA do espermatozoide quando entra no núcleo do óvulo, o que acontece quando metade do DNA de cada parente se junta. , formando um ovo ou zigoto. Como apenas seu DNA nuclear entra na célula sexual feminina do pai e as mitocôndrias masculinas são excluídas, seu DNA não se recombina.

O resultado é que obtemos DNA mitocondrial de nossas mães, com poucas modificações ao longo do tempo. Os antropólogos usam essas propriedades para examinar o parentesco entre grandes grupos de organismos através do DNA mitocondrial. Essa situação nos mostra o poderoso poder da recombinação genética, pois o DNA nuclear sempre adquire um enorme impulso para se modificar em recombinação com outro DNA posterior às mitocôndrias, que sofreram 10 vezes mais mutações.

As mitocôndrias são responsáveis ​​por muitos processos catabólicos que são críticos para a aquisição de energia nas células, como a beta-oxidação de ácidos graxos, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória. Eles atuam como alarmes moleculares quando as células são expostas a estresse ou substâncias químicas que podem danificar o DNA, como a quimioterapia. Estudos mostraram que as mitocôndrias se tornam a primeira linha de defesa para detectar o estresse do DNA.

Sua estrutura e composição

As mitocôndrias contêm membranas externas e internas compostas por bicamadas de fosfolipídios e proteínas. No entanto, as duas membranas têm propriedades diferentes. Devido a essa organização de membrana dupla, existem cinco compartimentos distintos dentro das mitocôndrias. eles são:

 – Membrana externa mitocondrial,
– O espaço intermembranoso (o espaço entre as membranas externa e interna),
membrana mitocondrial interna,
– Espaço das cristas (formado pela invaginação da íntima), e
– O estroma (o espaço dentro da membrana interna).
adventícia
A membrana externa mitocondrial, que envolve toda a organela, tem uma proporção proteína/fosfolipídio semelhante à da membrana plasmática eucariótica (aproximadamente 1:1 em peso). Contém grandes quantidades de proteínas intactas chamadas porinas.

Essas porinas formam canais que permitem a difusão livre de moléculas com peso molecular de 5.000 Daltons ou menos de um lado da membrana para o outro. Se a sequência de sinal em seu terminal N se liga a grandes proteínas de múltiplas subunidades chamadas translocases de membrana externa, as proteínas maiores podem entrar na mitocôndria e movê-las ativamente através da membrana. A ruptura da membrana externa permite que as proteínas no espaço intermembrana vazem para o citoplasma, causando a morte de algumas células.

O espaço intermembranar
O espaço intermembranoso é o espaço entre as membranas externa e interna. Como a membrana externa é livremente permeável a pequenas moléculas, a concentração de pequenas moléculas, como íons e açúcares, no espaço intermembranar é a mesma que no citosol. No entanto, proteínas grandes devem ter sequências de sinal específicas para serem transportadas através da membrana externa, de modo que a composição proteica desse espaço difere daquela do citosol. Uma proteína que está localizada no espaço intermembranar dessa maneira é o citocromo c.

Interna
A membrana interna contém mais proteínas, não tem poros e é altamente seletiva; contém muitos complexos enzimáticos e sistemas de transporte transmembrana envolvidos no transporte molecular. Essa membrana forma invaginações, ou dobras, chamadas cristas mitocondriais, que aumentam muito a superfície na qual essas enzimas podem se fixar. Na maioria dos eucariotos, as cristas formam partições achatadas perpendiculares ao eixo mitocondrial, mas alguns protistas têm uma forma tubular ou semelhante a um disco.

A composição da membrana interna é composta por um grande número de proteínas (80%) que são, de fato, exclusivas desta organela, a saber:

A cadeia de transporte de elétrons, consistindo de quatro complexos enzimáticos imobilizados e dois transportadores de elétrons móveis:
Complexo I ou NADH desidrogenase contendo mononucleotídeo de flavina (FMN).
Complexo II ou succinato desidrogenase. Os complexos I e II doam elétrons para a coenzima Q ou ubiquinona.
Complexo III que doa elétrons para o citocromo c ou citocromo bc1.
Complexo IV ou citocromo c oxidase que doa elétrons ao O2 para gerar duas moléculas de água.
Um complexo enzimático, o canal H+ ATP sintase que catalisa a síntese de ATP (fosforilação oxidativa).
Proteínas transportadoras que permitem que íons e outras moléculas passem através da membrana, como ácidos graxos, piruvato, ADP, ATP, O2 e água. Os seguintes transportadores mitocondriais podem ser destacados:
Adenina nucleotídeo translocase. É responsável pelo transporte do ADP citosólico formado durante as reações que consomem energia para a matriz mitocondrial e pelo transporte do ATP recém-sintetizado durante a fosforilação oxidativa para o citosol.
Translocase de fosfato. Transfere o fosfato citosólico junto com os prótons para a matriz; o fosfato é necessário para fosforilar o ADP durante a fosforilação oxidativa.
origem

As mitocôndrias compartilham muitas características com os procariontes. Portanto, acredita-se que eles originalmente se originaram de procariontes endossimbióticos.

Além do DNA circular (típico das bactérias), a presença de material genético nas mitocôndrias deu origem a teorias sobre sua origem. Essa estrutura em anel também é encontrada em procariontes, e a semelhança é estendida pelo fato de o DNA mitocondrial ser organizado por um código genético mutante semelhante ao das Proteobactérias. Isso sugere que seus ancestrais, as chamadas mitocôndrias primitivas, eram membros de Proteobacteria. Em particular, as protomitocôndrias podem estar intimamente relacionadas à rickettsia. No entanto, a relação exata dos ancestrais mitocondriais com as α-proteobactérias e se as mitocôndrias se formaram concomitantemente ou após o núcleo permaneceram uma questão de debate.

Hoje, a maior parte da comunidade científica acredita na teoria endossimbiótica. Isso sugere que as mitocôndrias são descendentes de bactérias. Milhões de anos atrás, as primeiras células sobreviveram em poças de lama vulcânica fervente cheias de enxofre que alimentavam essas células.

Após a formação dos primeiros oceanos, surgiram as primeiras células fotossintéticas. Eles são capazes de gerar energia a partir da luz solar e liberar oxigênio. Ao longo dos anos, os níveis de oxigênio na atmosfera começaram a aumentar, enquanto os níveis de enxofre começaram a diminuir. Naquela época, os organismos não toleram bem o oxigênio e são tóxicos para eles porque antes que os níveis de oxigênio sejam deixados.

Assim, os mais sobreviventes são aqueles que aprenderam a conviver com o oxigênio, seja porque aprenderam a utilizar o oxigênio como fonte de energia, seja porque, por meio da fagocitose, desenvolveram uma relação simbiótica com a vida que já possui essa capacidade, proporcionando proteção e nutrição em troca.

Os ancestrais celulares das mitocôndrias evoluíram primeiro e foram associados a um aumento na porcentagem de oxigênio no ar do que em organismos unicelulares mais complexos, como nossos ancestrais, de modo que essas células engoliram outros organismos e adquiriram uma relação simbiótica evolutiva. e mais próximos um do outro. Não há razão agora para que a mitocôndria seja um organismo separado, mas parte de um, porque a relação simbiótica faz com que ela descarte o DNA que a fez viver por conta própria e se torne uma organela de alta qualidade. Rendimento porque retém apenas o DNA que codifica o oligonucleotídeo: arrumação e envolvido no processo de produção de ATP. Evidências claras de que as mitocôndrias se originaram em bactérias: seu próprio DNA é muito semelhante ao das bactérias atuais: é circular e não possui íntrons; as mitocôndrias não possuem núcleo organizado; as mitocôndrias possuem uma bicamada lipídica que eventualmente é fagocitada por efeito.

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