Mitocôndrias: Características, função, origem, resumo

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As mitocôndrias são organelas incomuns. Elas atuam como centrais elétricas da célula, são cercadas por duas membranas e têm seu próprio genoma. Elas também se dividem independentemente da célula em que residem, o que significa que a replicação mitocondrial não está acoplada à divisão celular. Algumas destas características são remanescentes dos antigos ancestrais das mitocôndrias, que provavelmente eram procariotas de vida livre.

Qual é a origem da mitocôndria?

Pensa-se que a mitocôndria teve origem em uma antiga simbiose que resultou quando uma célula nucleada engoliu um procariotas aeróbio. A célula engolfada passou a depender do ambiente protetor da célula hospedeira e, inversamente, a célula hospedeira passou a depender do procariote engolfado para a produção de energia. Com o tempo, os descendentes do procariote engolfado desenvolveram-se em mitocôndrias, e o trabalho destas organelas – usando oxigênio para criar energia – tornou-se crítico para a evolução da eucariose (Figura 1).

Mitocôndrias. Fonte: https://jornal.usp.br/ciencias/ciencias-biologicas/enzima-que-evita-oxidacao-celular-tem-sua-localizacao-identificada/

As mitocôndrias modernas têm semelhanças notáveis com alguns procariotas modernos, embora tenham divergido significativamente desde o antigo evento simbiótico. Por exemplo, a membrana mitocondrial interna contém proteínas de transporte de elétrons como a membrana plasmática do procariotas, e as mitocôndrias também têm seu próprio genoma circular semelhante ao procariotas. Uma diferença é que se pensa que estas organelas perderam a maioria dos genes uma vez transportados por seus ancestrais procariotas. Embora as mitocôndrias atuais sintetizem algumas de suas próprias proteínas, a grande maioria das proteínas que elas necessitam agora está codificada no genoma nuclear.

Qual é o propósito de uma Membrana Mitocondrial?

Como mencionado anteriormente, as mitocôndrias contêm duas membranas principais. A membrana mitocondrial externa envolve totalmente a membrana interna, com um pequeno espaço intermembrana no meio. A membrana externa tem muitos poros à base de proteínas que são suficientemente grandes para permitir a passagem de íons e moléculas tão grandes quanto uma proteína pequena. Em contraste, a membrana interna tem uma permeabilidade muito mais restrita, muito parecida com a membrana plasmática de uma célula. A membrana interna também é carregada com proteínas envolvidas no transporte de elétrons e na síntese de ATP. Esta membrana envolve a matriz mitocondrial, onde o ciclo do ácido cítrico produz os elétrons que viajam de um complexo protéico para o próximo na membrana interna. No final desta cadeia de transporte de elétrons, o aceitador final de elétrons é o oxigênio, e este finalmente forma a água (H20). Ao mesmo tempo, a cadeia de transporte de elétrons produz o ATP. (É por isso que o processo é chamado de fosforilação oxidativa).

Durante o transporte de elétrons, os complexos proteicos participantes empurram os prótons da matriz para fora do espaço intermembrana. Isto cria um gradiente de concentração de prótons que outro complexo protéico, chamado ATP synthase, utiliza para alimentar a síntese da molécula portadora de energia ATP (Figura 2).

O gradiente eletroquímico de prótons e ATP sintase. Fonte: https://medpri.me/upload/texto/texto-aula-1009.html

O genoma mitocondrial ainda é funcional?

Os genomas mitocondriais são muito pequenos e mostram uma grande variação como resultado de uma evolução divergente. Os genes mitocondriais que têm sido conservados através da evolução incluem genes rRNA, genes tRNA, e um pequeno número de genes que codificam proteínas envolvidas no transporte de elétrons e síntese de ATP. O genoma mitocondrial retém similaridade com seu ancestral procariótico, assim como algumas das mitocôndrias de maquinaria utilizam para sintetizar proteínas. Na verdade, os rRNAs mitocondriais assemelham-se mais aos rRNAs bacterianos do que os rRNAs eucarióticos encontrados no citoplasma celular. Além disso, alguns dos códons que as mitocôndrias utilizam para especificar aminoácidos diferem dos códons eucarióticos padrão.

Ainda assim, a grande maioria das proteínas mitocondriais são sintetizadas a partir de genes nucleares e transportadas para as mitocôndrias. Estas incluem as enzimas necessárias para o ciclo do ácido cítrico, as proteínas envolvidas na replicação e transcrição do DNA, e as proteínas ribossômicas. Os complexos proteicos da cadeia respiratória são uma mistura de proteínas codificadas por genes mitocondriais e proteínas codificadas por genes nucleares. As proteínas nas membranas mitocondriais externa e interna ajudam a transportar proteínas recém-sintetizadas e desdobradas do citoplasma para dentro da matriz, onde ocorre a dobra (Figura 3).

O caminho da peroxirredoxina na mitocôndria. Fonte: https://jornal.usp.br/ciencias/ciencias-biologicas/enzima-que-evita-oxidacao-celular-tem-sua-localizacao-identificada/

Quantas células da Mitocôndria existem?

As mitocôndrias não podem ser feitas “do zero” porque precisam tanto de produtos genéticos mitocondriais quanto nucleares. Estas organelas se reproduzem dividindo-se em duas, usando um processo similar à forma simples e assexuada de divisão celular empregada pelas bactérias. O microscópio em vídeo mostra que as mitocôndrias são incrivelmente dinâmicas. Elas estão constantemente dividindo, fundindo e mudando de forma. De fato, uma única mitocôndria pode conter múltiplas cópias de seu genoma a qualquer momento.
Logicamente, as mitocôndrias se multiplicam quando a necessidade de energia de uma célula aumenta. Portanto, as células famintas de energia têm mais mitocôndrias do que as células com menor necessidade energética. Por exemplo, estimular repetidamente uma célula muscular irá estimular a produção de mais mitocôndrias nessa célula, para acompanhar a demanda de energia.

Conclusão

As Mitocôndrias, as chamadas “potências” das células, são organelas incomuns, pois estão rodeadas por uma membrana dupla e retêm seu próprio pequeno genoma. Elas também se dividem independentemente do ciclo celular por simples fissão. A divisão mitocondrial é estimulada pela demanda de energia, de modo que as células com maior necessidade de energia contêm maior número destas organelas do que as células com menor necessidade de energia.

Referências

Nature.com | Mitochondria

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