Mitocôndrias e a respiração celular

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As mitocôndrias são organelas presentes em células de seres eucariotos. Elas são organelas relativamente grandes para o tamanho de uma célula, podem chegar até 1µm de diâmetro por 7µm de comprimento. Observando essa organela em um microscópio eletrônico é possível notar que ela possui muitas vesículas que são limitadas por duas membranas que são muito parecidas com a membrana plasmática. A membrana da parte interna forma várias dobras que chamamos de cristas mitocondriais, entre essas cristas existe uma substância preenchendo o espaço, a qual chamamos de matriz mitocondrial.

O DNA das mitocôndrias é idêntico ao das bactérias e são capazes de se autoduplicarem, dizemos que elas têm DNA próprio, o DNA mitocondrial. Esse fato leva a hipótese de que as mitocôndrias surgiram de bactérias primitivas que invadiram uma célula e passaram a viver harmonicamente com ela. Tanto a membrana interna quanto a matriz mitocondrial possuem enzimas respiratórias que estão envolvidas na respiração aeróbia.

Estrutura de uma mitocôndria
Estrutura de uma mitocôndria

Respiração aeróbia

Os organismos que realizam respiração aeróbia necessitam de oxigênio para sobreviver. A provocar a reação das moléculas de uma substância com o oxigênio é a maneira mais eficiente de obter energia das ligações químicas. Na respiração dos indivíduos aeróbios a glicose reage com o O2 e forma gás carbônico e água. As quebras da cadeia de carbono são gradativas e libera a energia em pequenas quantidades, caso contrário, o calor produzido pela reação destruiria a célula.

As oxidações (quebra da molécula usando oxigênio) ocorrem sucessivamente, à medida que os átomos de hidrogênio que estão presos aos carbonos são retirados. As enzimas desidrogenases retiram hidrogênios da glicose, elas possuem um agrupamento chamado NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) que pode se combinar com o hidrogênio e arrancá-lo da glicose, transformando-se em NADH. A energia liberada não é usada imediatamente pelo organismo, ela se acumula em uma substância chamada de adenosina trifosfato, conhecida como ATP.

O ATP fornece o seu terceiro fósforo quando uma molécula precisa de energia para seu metabolismo funcionar e se transforma em ADP, adenosina difosfato. A energia do fosfato é absorvida e ele é liberado logo em seguida, sem energia. O ATP pode ser reconstruído a partir de uma molécula de ADP e um fosfato pobre em energia que ficou livre na solução. A ligação que faz essa regeneração do ATP, ou seja, que liga o fosfato ao ADP chama-se fosforilação.
Etapas da respiração aeróbia

A respiração aeróbia é um processo muito complexo dividido em três etapas: a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória.

Glicólise

A glicólise ocorre no hialoplasma da célula, essa fase leva esse nome porque é nela que ocorre a primeira quebra da molécula de glicose e libera uma pequena parcela da energia que fica acumulada nas ligações. Duas moléculas de ATP se juntam a uma molécula de glicose, logo após esse processo a glicose é desidrogenada e produz dois fragmentos de três carbonos, o ácido pirúvico (C3H4O3), duas moléculas de NADH e quatro moléculas de ATP. Entretanto, como no início do processo foram gastos dois ATP, o saldo energético que fica da glicólise é de dois ATP.

Glicólise aeróbia
Glicólise aeróbia

Ciclo de Krebs

O ciclo leva esse nome porque foi estudado pelo bioquímico inglês Hans Krebs, essa é a segunda etapa da respiração aeróbia e ocorre na matriz da mitocôndria. As duas moléculas de ácido pirúvico que foram produzidas na glicólise serão desidrogenadas e descarboxiladas. A retirada do hidrogênio é feita por enzimas portadoras de NAD ou de um composto parecido, o FAD (flavina adenina dinucleotideo). A descarboxilação é realizada em moléculas de gás carbônico do ácido pirúvico e são catalisadas pelas carboxilases.

A desidrogenação e descarboxilação do ácido pirúvico são etapas preparatórias, que ocorrem antes do ciclo de Krebs e resultam em uma molécula de NADH e uma de CO2, fazendo com que se forme um grupo acetila, com apenas dois átomos de carbono. No início do ciclo, cada grupo acetila se junta a uma substância chamada de coenzima-A (CoA), formando dois acetil-CoA. A coenzima A não permanece no ciclo, ela apenas auxilia e acelera a ligação da acetila com um composto presente na matriz mitocondrial, o ácido oxalacético, formando assim um composto de seis carbonos, o ácido cítrico, por esse motivo o ciclo de Krebs também pode ser chamado de ciclo do ácido cítrico.

O ácido cítrico passa por descarboxilações e desidrogenações, resultando em alguns compostos intermediários, diminuindo assim a quantidade de carbonos e formando moléculas energéticas. Na primeira quebra temos a formação do ácido cetoglutárico com cinco carbonos e formação de um NADH. Na segunda descarboxilação, forma-se o ácido succínico com quatro carbonos e são liberados um NADH e um ATP. O ácido succínico não perde mais carbonos, ele é transformado em ácido málico e posteriormente o ácido oxalacético é regenerado, nesses processos finais são formados um FADH2 e mais um NADH.

O saldo energético do ciclo de Krebs são três moléculas de NADH, uma molécula de FADH2 e um ATP. Não se esqueça que esse saldo é para cada acetil-CoA que inicia o ciclo. Para cada glicose que inicia o ciclo de Krebs, são formados duas acetil-CoA, logo esse saldo será dobrado para uma molécula de glicose.

Ciclo de Krebs
Ciclo de Krebs

Cadeia Respiratória

Os hidrogênios que foram retirados da glicose chegam até o oxigênio através do NAD, do FAD, do FMN (flavina mononucleotídeo), coenzima Q (conhecida também como ubiquinona), proteínas com ferro e enxofre e também por citocromos. Essas moléculas podem ser encontradas nas cristas mitocondriais, as passagens de hidrogênios pelos níveis energéticos liberam um pouco de energia que servirá para a síntese de ATP. Esse processo é conhecido como fosforilação oxidativa, ou seja, cada vez que um citocromo oxida (perde elétrons), libera energia para a produção de ATP através da fosforilação (adição de fosfato) do ADP.

A cadeia respiratória libera moléculas de água. Ela é a maior responsável pela energia liberada durante a respiração celular. Nas três etapas do processo, o saldo energético é de 36 a 38 ATP, isso varia pelo tipo de célula em que o processo está sendo realizado. O oxigênio precisa estar disponível periodicamente para a célula, senão a respiração celular não acontece.

Denisele Neuza Aline Flores Borges
Bióloga e Mestre em Botânica

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