As mitocôndrias são organelas encontradas no citoplasma das células vegetais e das células animais. Elas são responsáveis pela respiração celular aeróbia, sendo assim, são consideradas organelas geradoras de energia, ou seja, de adenosina trifosfato (ATP).

O conjunto das mitocôndrias de uma célula recebe o nome de condrioma. O número de mitocôndrias que constituem o condrioma é bastante variável entre as células de um mesmo indivíduo, sendo maior nas que têm maior atividade metabólica.

De modo geral, as mitocôndrias possuem forma ovalada ou de bastonete e apresentam uma dupla membrana lipoproteica. A membrana externa é lisa e contínua, já a membrana interna apresenta pregas e invaginações formando as cristas mitocondriais.

A membrana interna delimita a matriz mitocondrial, rica em enzimas que participam de etapas da respiração celular. Imersos nessa matriz também podem ser encontrados: grânulos densos, que representam principalmente acúmulos de íons cálcio e magnésio; ribossomos chamados mitorribossomos, menores que os ribossomos citoplasmáticos e moléculas de DNA e RNA.

Preenchendo os espaços e entre as invaginações, encontra-se uma substância amorfa, denominada matriz. A presença de ribossomos, DNA e RNA na matriz permite as mitocôndrias produzirem suas próprias proteínas e apresentarem capacidade de autoduplicação.

Função da mitocôndria: Como ela produz energia?

No interior das mitocôndrias ocorre a oxidação final das moléculas orgânicas obtidas dos alimentos ingeridos, com liberação de energia, na presença de oxigênio (respiração aeróbia). As moléculas orgânicas que participam deste processo são os carboidratos e lipídios. A respiração aeróbia que utiliza oxigênio para liberar energia, pode ser apresentada pela seguinte equação geral:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia

Podemos observar que além da produção de gás carbônico e água, ocorre a liberação de energia, que será utilizada para a manutenção das mais diversas atividades da célula.

A respiração aeróbia se dá em três fases distintas: a glicólise (no citosol), o ciclo de Krebs (na matriz mitocondrial) e a cadeia respiratória (nas cristas mitocondriais). Nos eucariontes, somente a glicólise ocorre no citosol e as demais etapas acontecem no interior das mitocôndrias, organelas ausentes nos procariontes.

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1ª etapa: glicólise

Na glicólise cada molécula de glicose é desdobrada em dois piruvatos, com liberação de hidrogênio e energia, por meio de várias reações químicas. O hidrogênio combina-se com moléculas transportadoras de hidrogênio (NAD+), formando NADH+ e H+. A energia liberada é usada para a síntese de ATP, resultando, no final do processo, um saldo de 2 ATP.

O piruvato formado na glicólise é um composto chave no metabolismo celular, pois pode ser utilizado tanto nos processos aeróbios como nos anaeróbios. O principal fator determinante de qual via o piruvato vai seguir é o oxigênio. Na presença desse gás, o piruvato é degradado em CO2 e H2O na respiração. Na ausência, é parcialmente degradado nos processos de fermentação.

2ª etapa: ciclo de Krebs

Na respiração, o piruvato formado na glicólise penetra na matriz mitocondrial e é transformada em acetil, havendo liberação de gás carbônico e de hidrogênio. O acetil combina-se com uma substância denominada coenzima A (CoA), formando o acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs.

O ciclo de Krebs foi elaborado por Hans Adolf Krebs, que, em função disso, recebeu o prêmio Nobel de fisiologia em 1953. O ciclo de Krebs é também chamado ciclo do ácido cítrico ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos. Nesse ciclo são liberados CO2, ATP, NADH+, H+ e FADH2. Todo gás carbônico liberado na respiração provém da formação de acetil e do ciclo de Krebs.

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3ª etapa: cadeia respiratória

A cadeia respiratória ocorre associada às cristas mitocondriais. Por meio desse processo, há transferência de hidrogênios transportados pelo NAD+ e pelo FAD para o gás oxigênio formando água e produzindo ATP.

O oxigênio é o aceptor final de hidrogênios e participa diretamente apenas da última etapa da cadeia respiratória. Apesar disso, é um reagente fundamental para que a respiração ocorra, pois todas as demais reações da respiração que ocorrem dentro da mitocôndria cessam na sua ausência.

Sem oxigênio, alguns organismos e mesmo células do tecido muscular esquelético humano continuam a realizar glicólise, desviando o metabolismo para a fermentação.

Nas transferências de hidrogênios ao longo da cadeia respiratória, há liberação de elétrons excitados, que vão sendo captados por transportadores intermediários, dentre eles os citocromos. Os complexos citocromos participam de um complexo mecanismo que resulta na síntese de ATP.

Cada NADH libera energia para formar 3 moléculas de ATP e cada FADH2 libera energia para formar 2 moléculas de ATP. Como são formados 10 NADH e 2 FADH2 nas etapas anteriores da respiração, teremos o total de 34 ATP formados na cadeia respiratória. Como o saldo energético da glicólise é de duas moléculas de ATP e o ciclo de Krebs também, teremos o total de 34 ATP formados na cadeia respiratória.

Entretanto, em certas células eucarióticas, como as da musculatura esquelética humana e provavelmente as do cérebro, o saldo energético da respiração por molécula de glicose degradada é de 36 ATP. Isso ocorre em função de um mecanismo relacionado à entrada do NADH na mitocôndria, em que há gasto de 1 ATP por NADH.

Como são 2 NADH produzidos na glicólise por molécula de glicose, o gasto total é de 2 ATP. Desse modo, dependendo do tipo de célula eucariótica, o saldo total de ATP na respiração aeróbia pode ser de 36 ou 38 ATP.

Herança mitocondrial

Geralmente, as células do corpo dos animais contêm mitocôndrias herdadas apenas da mãe, como ocorre na espécie humana. O gameta feminino e o masculino possuem mitocôndrias, mas, assim que ocorre a fecundação e se forma a célula-ovo, as mitocôndrias provenientes do gameta masculino degeneram.

No momento da fecundação, a mitocôndria da mãe permanece (Foto: depositphotos)

Apenas as mitocôndrias do gameta feminino permanecem na célula. Assim, as mitocôndrias são herdadas da mãe e não do pai e essa informação tem sido usada em testes para identificar a maternidade das pessoas.

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Os procariontes e a ausência de mitocôndrias

Nos procariontes, como não há mitocôndrias, o processo inteiro da respiração ocorre no citoplasma e na face citoplasmática da membrana celular. Nesse caso, o rendimento energético total da respiração é de 38 moléculas de ATP para cada molécula de glicose degradada. Os procariontes mais conhecidos são as bactérias e as cianobactérias.