Estudo Dirigido - Mitocôndrias Disciplina: Biologia Celular e Molecular Docente: Profa. Dra. Marilanda Ferreira Bellini

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1 Estudo Dirigido - Mitocôndrias Disciplina: Biologia Celular e Molecular Docente: Profa. Dra. Marilanda Ferreira Bellini Mitocôndria, uma E.T. na célula Ex-bactéria, ela invadiu as células há milhões de anos e acabou se transformando numa de suas principais organelas: aquela capaz de extrair energia dos alimentos e da respiração. Hoje, cientistas especulam que males tão diversos como cegueira e enfarte podem ser causados por seu mau funcionamento. Por Lúcia Helena de Oliveira Há mais de 1 bilhão de anos, quando a Terra ainda era paupérrima em oxigênio, uma bactéria primitiva desenvolveu a habilidade de respirar. Foi um ato de vanguarda. Porque, naqueles tempos, os seres vivos, células mais ou menos complexas sobreviviam, modestamente, fermentando moléculas orgânicas. Um belo dia, porém, a bactéria vanguardista invadiu ou foi engolida por uma célula maior, que ainda vivia da fermentação. Por algum motivo, quem sabe por sorte, não foi digerida. Assim, feito uma E.T., ela permaneceu na célula anfitriã, até que os dois organismos começaram a trabalhar em parceria. Com a ajuda da bactéria, a célula maior passou a se beneficiar da respiração, um método mais eficiente de obter energia. E o micróbio respirador faturou proteção e alimento fácil. Os dois organismos sincronizaram sua reprodução, de modo que cada filhote da célula já carregava o seu filhote de bactéria. Com o tempo, esta última passou a depender parcialmente dos genes da primeira para se dividir. Resultado: tornou-se sua subordinada. Ou melhor, uma organela celular. Mais especificamente, o ex-micróbio se transformou na mitocôndria, estrutura que, até hoje, carrega os seus próprios genes, em um cromossomo circular, parecido com os das bactérias atuais. Aliás, a mitocôndria guarda várias semelhanças com suas ancestrais. Ela possui ribossomos, verdadeiras fábricas de proteínas, similares aos das bactérias. É capaz de se reproduzir, indício de que foi, no passado, uma célula independente. Finalmente, a organela e as bactérias são quase do mesmo tamanho: de comprimento, uma mitocôndria

2 tem entre 1,5 e 10,0 micrômetros ou milionésimos de metro; o diâmetro nunca ultrapassa 1,0 micrômetro. Apesar dessas dimensões minúsculas, a importância da mitocôndria para o organismo humano é muito grande; dizem que a mitocôndria é a usina das células, conta o veterinário, especialista no estudo das células, Luiz Octávio Medeiros, professor da Universidade de São Paulo. Ela não gera energia, mas libera a energia química contida nos alimentos, tornando-a aproveitável para as células. Em resumo, a função da mitocôndria é fazer a glicose ou outros nutrientes, como as gorduras, reagir com o oxigênio captado na respiração, formando moléculas de água e de gás carbônico. Essa reação libera a energia dos alimentos, que vai parar, então, nas moléculas de ATP, legítimas baterias do organismo. Todo esse trabalho é realizado em etapas: se liberasse a energia de uma só vez, a célula explodiria feito uma bomba. Portanto, a mitocôndria funciona como o motor de um carro, queimando combustível aos poucos, para obter doses pequenas, mas contínuas, de energia. Dessa maneira, a interação do oxigênio com a glicose acontece por meio de diversas reações. Parte das reações ocorre no recheio gelatinoso das mitocôndrias, ou seja, na matriz, sendo chamadas de ciclo do ácido cítrico ou, ainda, ciclo de Krebs. O nome é homenagem ao bioquímico inglês Hans Krebs ( ), que ganhou o Prêmio Nobel de 1953 por ter desvendado sua complicada sequência. As substâncias químicas formadas no ciclo de Krebs escorregam para a superfície interna da organela. Ali, graças a uma série de enzimas, vão perdendo elétrons partículas de carga negativa que giram ao redor do núcleo atômico para os átomos de oxigênio, em um processo denominado cadeia respiratória. No final, tudo termina em água que é utilizada pelo próprio organismo; gás carbônico que é jogado fora pela respiração; e moléculas de ATP, prontas a descarregar energia onde quer que ela seja necessária. Quer dizer, desde que dentro dos limites da célula. Não existe solidariedade entre as células, brinca o professor Medeiros. Uma nunca produz ATP para outra. Cada qual tem de se virar para conseguir energia para si. Daí que células mais ativas possuem um número maior de mitocôndrias. As do fígado, por exemplo, que trabalham exaustivamente na degradação de substâncias, possuem até mitocôndrias, ocupando cerca de um quinto do

3 seu volume. Em média, porém, uma célula tem entre 100 e 150 dessas organelas em seu interior. O tamanho das mitocôndrias também decorre da quantidade de energia química que elas terão de produzir, conforme as necessidades da célula, explica Medeiros. É bem verdade que elas usam sempre metade de sua capacidade de produção de ATP. Porque metade da energia que arrancam dos nutrientes elas dissipam na forma de calor, ajudando o organismo humano, por exemplo, a manter seus 36 graus Celsius de praxe. Quando não está ensinando aos universitários o beabá do funcionamento celular, Medeiros se dedica a pesquisas sobre hemácias, os glóbulos vermelhos do sangue. Estes constituem uma rara exceção: não contêm mitocôndrias. Essas células têm vida curta, não circulam mais do que quatro meses, diz Medeiros. É como se justamente elas, que transportam o oxigênio por todo o organismo, não quisessem perder tempo com a respiração. Por isso, já nascem com um estoque de ATP suficiente para sobreviverem por esse período. Na realidade, nenhuma célula precisa rigorosamente do oxigênio para gerar ATP. Fora da mitocôndria, no líquido que preenche a célula o citoplasma, também se produz ATP, graças à fermentação. No caso, a substância fermentada é o ácido pirúvico, que surge quando enzimas do citoplasma quebram as moléculas de glicose, vindas dos alimentos. Só que, além de ATP, esse tipo de reação resulta em outros produtos, como o ácido lático, que são tóxicos para as células. Quando a pessoa faz exercício e sente os músculos doer, o culpado é o ácido lático, exemplifica o professor Sezar Sasson, autor de livros didáticos que são verdadeiros best sellers de Biologia. Isso acontece porque as fibras musculares pedem mais energia do que as mitocôndrias estão conseguindo converter. Pode ocorrer durante o esforço muscular intenso, como uma corrida. Na falta de oxigênio, entregue via circulação sangüínea, a célula apela e passa a fermentar. Até que, depois de causar ardor, o ácido lático trave os músculos em estado de fadiga. Mas não é só por essa situação dolorosa que a fermentação deixa de ser uma boa opção, como mecanismo de converter energia para o corpo. A sua produção de ATP é muito baixa, diz Sezar. Os cientistas calculam que as mitocôndrias, no final das contas, conseguem converter 1,0 mol de glicose em nada menos do que cerca de 36 moles de ATP (mol é a unidade que os

4 químicos empregam para a massa das moléculas). Na fermentação, no entanto, 1,0 mol de glicose resulta em apenas 2 moles de ATP. Por isso é que se morre de asfixia: na ausência de oxigênio, as células não geram moléculas de ATP suficientes para continuar funcionando. As células cerebrais, grandes consumidoras, são uma das primeiras a sofrer com a queda de energia, morrendo rapidamente, explica Sezar. As mitocôndrias se distribuem, dentro das células, no sentido de providenciar uma entrega rápida de ATP. Elas se concentram nas regiões de maior atividade. Nos espermatozóides, por exemplo, essas organelas disputam espaço nas proximidades do flagelo, a fim de garantir o seu batimento. Aliás, esta é a única participação das mitocôndrias na fecundação. Explica-se: os espermatozóides injetam apenas o seu núcleo no óvulo. E a receita para novas mitocôndrias está nas moléculas de DNA que elas mesmas carregam. Em geral, as nossas características são herança do pai e da mãe, porque são determinadas por genes de origem paterna e materna, diz Sezar. Mas as mitocôndrias são herdadas apenas da mãe, porque só o óvulo contribui com essa organela. Supõe-se que aquela bactéria primitiva teve grandes dificuldades para transmitir seus dados genéticos para o núcleo da célula que a hospedou. Daí a maioria do seu material genético ter permanecido separada. A mais recente linha de pesquisa na área de Genética se dedica a investigar se os mais de trinta DNAs mitocondriais não estariam por trás de males como enfartes e cegueiras. A desconfiança de que certas doenças são causadas por um mau funcionamento das mitocôndrias não é novidade: há duas décadas, por exemplo, os cientistas observam que problemas do coração são acompanhados por um excesso de ácido lático nas células desse músculo. Ora, se estão produzindo doses extras dessa substância é porque fermentam, em vez de usarem suas mitocôndrias direito. Mas até aí a falha poderia estar sendo causada pelo comportamento da pessoa se é fumante, por exemplo, ocupando parte do pulmão com fumaça no lugar de oxigênio ou por defeitos naqueles poucos genes do núcleo que têm a ver com as mitocôndrias. No entanto, os cientistas notam que muitas dessas doenças têm maior incidência na família da mãe do que na do pai, e DNA mitocondrial é herança materna. No Brasil, o Instituto Adolpho Lutz de São Paulo criou um grupo

5 disposto a investigar o papel das mitocôndrias em distúrbios que envolvem o trabalho muscular. Algumas intoxicações e remédios como o AZT, usado em pacientes de AIDS, prejudicam o desempenho dessas organelas, conta o cientista Edenílson Calore, da equipe do instituto. Nos Estados Unidos, cientistas da Universidade Emory já provaram que um tipo de cegueira, a neuropatia de Leber, é provocado por falhas no DNA mitocondrial. O problema deve ocorrer nas mitocôndrias de todas as células da vítima, mas as oculares seriam as primeiras a manifestar sintomas. Afinal, os músculos dos olhos gastam muita energia, até para manter a retina fixa numa palavra. Calcula-se que suas mitocôndrias trabalham em dobro na hora de se ler um texto qualquer, como este. Baseando-se na leitura deste texto e no texto do livro de Biologia Celular pesquisado, responda as questões: 1) Interprete, com suas palavras, a frase do texto: Ex-bactéria, ela invadiu as células há milhões de anos e acabou se transformando numa de suas principais organelas: aquela capaz de extrair energia dos alimentos e da respiração. Hoje, cientistas especulam que males tão diversos como cegueira e enfarte podem ser causados por seu mal funcionamento. 2) Quais são as funções atribuídas as mitocôndrias? 3)...Daí que células mais ativas possuem um número maior de mitocôndrias. Justifique essa afirmativa. 4) Por que as mitocôndrias usam sempre metade de sua capacidade de produção de ATP? 5) Fora da mitocôndria, também se produz ATP. Onde ocorre essa produção. Qual o nome do processo formado e quais os produtos resultantes. 6) A produção de ácido lático pode ocorrer durante o esforço muscular intenso, como uma corrida. O que podemos atribuir essa produção pelo músculo?

6 7) Qual o saldo final de ATPs originado pela fermentação e respiração celular? 8) As nossas características são herança do pai e da mãe. Por que as nossas mitocôndrias são heranças apenas de nossa mãe? 9) Há desconfiança de que certas doenças são causadas por um mau funcionamento das mitocôndrias. Quais as explicações prováveis para essa desconfiança? 10) Explique a estrutura interna da mitocôndria. 11) Explique a teoria do surgimento da mitocôndria. 12) Qual é o nome da teoria do surgimento da mitocôndria? 13) Explique a respiração celular? 14) Explique a ultra-estrutura da mitocôndria. 15) Qual a importância da membrana interna da mitocôndria. 16) Porque a membrana externa da mitocôndria apresenta baixa seletividade e alta permeabilidade? 17) Esquematize, resumidamente, o Ciclo de Krebs, indicando os pontos de saída dos principais produtos deste processo (NADH, FADH2, GTP e CO 2 ). 18) Faça um fluxograma, integrando os processos de glicólise anaeróbia, Ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons. 19)...A queima de glicose libera uma certa quantidade de energia e consome oxigênio... Essa combustão é um processo violento, que atinge elevadas temperaturas e caso ocorresse dentro das células, elas se queimariam

7 instantaneamente... (Junqueira & Carneiro, 7ª. Edição, p. 64). Para solucionar este inconveniente, as células desenvolveram um sistema próprio de oxidação e liberação de nutrientes. Explique o funcionamento desse sistema. 20) Explique o processo quimiosmótico de síntese de ATP.