Mitocôndrias: Definição, Estrutura e Função (com Diagrama)

As células eucarióticas dos organismos vivos realizam continuamente um grande número de reações químicas para viver, crescer, reproduzir e combater doenças.

Todos esses processos requerem energia no nível celular. Cada célula que se envolve em qualquer uma dessas atividades obtém sua energia das mitocôndrias, minúsculas organelas que agem como as centrais de energia das células. O singular da mitocôndria é a mitocôndria.

Em humanos, células como os glóbulos vermelhos não têm essas minúsculas organelas, mas a maioria das outras células tem um grande número de mitocôndrias. As células musculares, por exemplo, podem ter centenas ou até milhares para satisfazer suas necessidades de energia.

Quase todos os seres vivos que se movem, crescem ou pensam têm mitocôndrias em segundo plano, produzindo a energia química necessária.

As mitocôndrias são organelas delimitadas por membrana envoltas por uma membrana dupla.

Eles têm uma membrana externa lisa envolvendo a organela e uma membrana interna dobrada. As dobras da membrana interna são chamadas de cristas, o singular das quais é crista, e as dobras são onde ocorrem as reações que criam a energia mitocondrial.

A membrana interna contém um fluido denominado matriz, enquanto o espaço intermembranar localizado entre as duas membranas também é preenchido com fluido.

Por causa dessa estrutura celular relativamente simples, as mitocôndrias têm apenas dois volumes operacionais separados: a matriz dentro da membrana interna e o espaço intermembrana. Eles contam com transferências entre os dois volumes para geração de energia.

Para aumentar a eficiência e maximizar o potencial de criação de energia, as dobras da membrana interna penetram profundamente na matriz.

Como resultado, a membrana interna tem uma grande área de superfície e nenhuma parte da matriz está longe de uma dobra da membrana interna. As dobras e a grande área de superfície ajudam na função mitocondrial, aumentando a taxa potencial de transferência entre a matriz e o espaço intermembrana através da membrana interna.

Enquanto as células únicas evoluíram originalmente sem mitocôndrias ou outras organelas ligadas à membrana, complexos multicelulares organismos e animais de sangue quente, como mamíferos, obtêm sua energia da respiração celular com base na mitocôndria função.

Funções de alta energia, como as dos músculos cardíacos ou asas de pássaros, têm altas concentrações de mitocôndrias que fornecem a energia necessária.

Por meio de sua função de síntese de ATP, as mitocôndrias nos músculos e outras células produzem o calor do corpo para manter os animais de sangue quente em uma temperatura estável. É essa capacidade de produção de energia concentrada das mitocôndrias que torna possíveis as atividades de alta energia e a produção de calor em animais superiores.

O ciclo de produção de energia na mitocôndria depende de uma cadeia de transporte de elétrons junto com o ácido cítrico ou ciclo de Krebs.
Leia mais sobre o Ciclo de Krebs.

O processo de quebrar carboidratos como a glicose para produzir ATP é chamado de catabolismo. Os elétrons da oxidação da glicose são passados ​​ao longo de uma cadeia de reação química que inclui o ciclo do ácido cítrico.

A energia das reações de redução-oxidação, ou redox, é usada para transferir prótons para fora da matriz onde as reações estão ocorrendo. A reação final na cadeia da função mitocondrial é aquela em que o oxigênio da respiração celular sofre redução para formar água. Os produtos finais das reações são água e ATP.

As principais enzimas responsáveis ​​pela produção de energia mitocondrial são nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP), nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD), adenosina difosfato (ADP) e flavina adenina dinucleotídeo (MANIA).

Eles trabalham juntos para ajudar a transferir prótons das moléculas de hidrogênio na matriz através da membrana mitocondrial interna. Isso cria um potencial químico e elétrico através da membrana com os prótons retornando à matriz através da enzima ATP sintase, resultando na fosforilação e produção de trifosfato de adenosina (ATP).
Leia sobre a estrutura e função do ATP.

A síntese de ATP e as moléculas de ATP são os principais transportadores de energia nas células e podem ser usados ​​pelas células para a produção dos produtos químicos necessários aos organismos vivos.

•••Ciência

Além de serem produtoras de energia, as mitocôndrias podem ajudar na sinalização célula a célula por meio da liberação de cálcio.

As mitocôndrias têm a capacidade de armazenar cálcio na matriz e podem liberá-lo quando certas enzimas ou hormônios estão presentes. Como resultado, as células que produzem esses produtos químicos desencadeadores podem ver o sinal do aumento do cálcio a partir da liberação pela mitocôndria.

No geral, as mitocôndrias são um componente vital das células vivas, ajudando nas interações celulares, distribuindo substâncias químicas complexas e produzindo o ATP que forma a base energética de toda a vida.

A membrana dupla mitocondrial tem funções diferentes para a membrana interna e externa e as duas membranas e é composta por substâncias diferentes.

A membrana mitocondrial externa envolve o fluido do espaço intermembranar, mas deve permitir a passagem de substâncias químicas de que a mitocôndria precisa. As moléculas de armazenamento de energia produzidas pelas mitocôndrias precisam ser capazes de deixar a organela e distribuir energia para o resto da célula.

Para permitir tais transferências, a membrana externa é composta de fosfolipídios e estruturas de proteínas chamadas porins que deixam pequenos orifícios ou poros na superfície da membrana.

O espaço intermembranar contém fluido que tem uma composição semelhante à do citosol que constitui o fluido da célula circundante.

Pequenas moléculas, íons, nutrientes e a molécula de ATP transportadora de energia produzida pela síntese de ATP podem penetrar na membrana externa e fazer a transição entre o fluido do espaço intermembranar e o citosol ..

A membrana interna tem uma estrutura complexa com enzimas, proteínas e gorduras, permitindo que apenas água, dióxido de carbono e oxigênio passem livremente pela membrana.

Outras moléculas, incluindo proteínas grandes, podem penetrar na membrana, mas apenas por meio de proteínas de transporte especiais que limitam sua passagem. A grande área de superfície da membrana interna, resultante das dobras das cristas, fornece espaço para todas essas proteínas complexas e estruturas químicas.

Seu grande número permite um alto nível de atividade química e uma produção eficiente de energia.

O processo pelo qual a energia é produzida por meio de transferências químicas através da membrana interna é chamado fosforilação oxidativa.

Durante esse processo, a oxidação de carboidratos na mitocôndria bombeia prótons através da membrana interna da matriz para o espaço intermembrana. O desequilíbrio nos prótons faz com que os prótons se difundam de volta através da membrana interna para a matriz através de um complexo enzimático que é uma forma precursora do ATP e é chamado de ATP sintase.

O fluxo de prótons através da ATP sintase, por sua vez, é a base para a síntese de ATP e produz moléculas de ATP, o principal mecanismo de armazenamento de energia nas células.

O fluido viscoso dentro da membrana interna é chamado de matriz.

Ele interage com a membrana interna para realizar as principais funções de produção de energia da mitocôndria. Ele contém as enzimas e substâncias químicas que participam do ciclo de Krebs para produzir ATP a partir da glicose e dos ácidos graxos.

A matriz é onde o genoma mitocondrial composto de DNA circular é encontrado e onde os ribossomos estão localizados. A presença de ribossomos e DNA significa que as mitocôndrias podem produzir suas próprias proteínas e se reproduzir usando seu próprio DNA, sem depender da divisão celular.

Se as mitocôndrias parecem células minúsculas e completas por conta própria, é porque provavelmente eram células separadas em um ponto quando células isoladas ainda estavam evoluindo.

Bactérias semelhantes à mitocôndria entraram em células maiores como parasitas e puderam permanecer porque o arranjo foi mutuamente benéfico.

As bactérias foram capazes de se reproduzir em um ambiente seguro e forneceram energia para a célula maior. Ao longo de centenas de milhões de anos, as bactérias foram integradas em organismos multicelulares e evoluíram para as mitocôndrias de hoje.

Por serem encontrados em células animais hoje, eles formam uma parte fundamental da evolução humana inicial.

Uma vez que as mitocôndrias se multiplicam independentemente com base no genoma mitocondrial e não participam da célula divisão, as novas células simplesmente herdam as mitocôndrias que estão em sua parte do citosol quando a célula divide.

Essa função é importante para a reprodução de organismos superiores, incluindo humanos, porque os embriões se desenvolvem a partir de um óvulo fertilizado.

O óvulo da mãe é grande e contém muitas mitocôndrias em seu citosol, enquanto o espermatozóide fertilizante do pai quase não tem. Como resultado, as crianças herdam suas mitocôndrias e seu DNA mitocondrial de suas mães.

Por meio de sua função de síntese de ATP na matriz e por meio da respiração celular através da membrana dupla, mitocôndrias e a função mitocondrial são um componente-chave das células animais e ajudam a tornar a vida como ela existe possível.

A estrutura celular com organelas ligadas à membrana desempenhou um papel importante na evolução humana e as mitocôndrias deram uma contribuição essencial.