Biologia Celular

Papel das mitocôndrias na transformações e armazenamento de energia

A energia utilizada pelas células eucariontes para realizar suas atividades provém da ruptura gradual de ligações covalentes de moléculas de compostos orgânicos ricos em energia. Na célula vegetal, esses compostos são sintetizados com a energia resultante da transformação de energia solar em energia química durante o processo de fotossíntese. Na fotossíntese, graças principalmente ao pigmento clorofila, processa-se acumulação de energia solar sob a forma de ligações químicas nos hidratos de carbono, principalmente hexoses, que polimerizam para a forma de amido.

As células, porém, não usam diretamente a energia liberada dos hidratos de carbono e gorduras, mas se utilizam de composto intermediário, a adenosina-trifosfato (ATP), geralmente produzido graças a energia contida nas moléculas de glicose e de ácidos graxos.

Nos animais, os animais os ácidos graxos são, do ponto de vista quantitativo, uma fonte de energética muitos mais importante do que os carboidratos. Enquanto uma molécula-grama (mol) de glicose gera 38 mols de ATP, um de ácido palmítico gera 126 mols de ATP. Quando o organismo está em repouso, as células usam mais glicose proveniente do glicogênio, porém, durante o exercício físico, há mobilização proveniente dos ácidos graxos depositado nas gorduras.

O ATP tem duas ligações ricas em energia (representadas pelo sinal ~) quando uma delas se rompe, rompe libera aproximadamente 10 quilocalorias por mol. Geralmente, apenas uma ligação é rompida segundo a equação ATP>ADP+Pi+ energia (Pi significa fosfato inorgânico e ADP adenosina difosfato).

O citoplasma contém energia acumulada nos depósitos de molécula de triglicerídeos (gorduras neutras), de moléculas de glicogênio e também, sob a forma de compostos intermediários (metabólicos) ricos em energia dos quais o principal é o ATP principal combustível das células. Os triglicerídeos e o glicogênio representam acumulo de energia sob forma estável e concentrada, mas dificilmente acessível, ao passo que o ATP é um composto instável, que não cotem energia concentrada mas facilmente utilizável porque a enzima que rompe a molécula de ATP (ATPase) é muito abundante na célula.

A queima da glicose libera uma quantidade certa de energia e consome oxigênio. O resultado dessa operação que pode ser realizada num aparelho chamado calorímetro, produz calor (690 kcal/mol).

Essa combustão da glicose é porem, um processo violento que leva o calorímetro rapidamente a altas temperaturas. Se isso ocorresse dentro de uma célula, ela se queimaria instantaneamente. Porém, as células desenvolveram um sistema que oxida lentamente os nutrientes, liberando energia gradualmente, e produzindo água e CO2, chama-se respiração celular.

As células utilizam dois mecanismos para retirar energia dos nutrientes: a glicose anaeróbia, que tem lugar no citossol, e a fosforização oxidativa, que se realiza nas mitocôndrias.

A glicose anaeróbia produz apenas 2 mols de ATP por cada mol de glicose

A glicose anaeróbia é o processo pelo qual uma sequência de aproximadamente 11 enzimas do citossol promove transformações graduais numa molécula de glicose, sem consumo de energia que é armazenada em duas moléculas de ATP.O ATP se forma a partir do ADP e do fosfato inorgânico (Pi) existente no citossol.

Graças á fosforização oxidativa cada mol produz mais 36 mol de ATP

Na fosforização oxidativa, o piruvato é oxidado ate se formarem água e gás carbônico, com alto rendimento energético. Costuma-se distinguir , na oxidação fosforilativa, três mecanismos distintos, mas que se entrelaçam intimamente : a produção de acetilcoenzima A (acetil-CoA), o ciclo do acido cítrico e o sistema transportador de elétrons .

Enquanto a glicose é anaeróbia e tem lugar no citossol, a fosforização oxidativa é aeróbia se processa nas mitocôndrias.

Produção de acetilcoenzimas A

A acetil-CoA é produzida a partir da coenzima A e de acetato originados do piruvato ou da B-oxidação dos ácidos graxos. Piruvato ou da B-oxidação dos ácidos graxos. Piruvato derivado da glicose, e ácidos graxos atravessam as membranas mitocondriais e, na matriz da organela, geram acetato, que se liga á coenzima A para formar acetil-CoA.

A transformação de piruvato em acetil-CoA deve-se a um multienzimático da matriz mitocondrial, o complexo desidrogenese do piruvato, constituído de de cópias múltiplas de três enzimas, cinco coenzimas e duas proteínas reguladoras. Esse complexo converte o piruvato em acetil-CoA , liberando CO2que é eliminado da mitocôndria. A Acetil-CoA entra no ciclo do acido cítrico.

Ciclo do acido cítrico

Esse ciclo, também chamado de ciclo de Krebs ou ciclo ácidos tricarboxílicos, é uma sequência cíclica de reações enzimáticas na qual ocorre, graças à presença das enzimas chamadas desidrogenases, a produção gradual de elétrons e prótons.Os elétrons são captados por moléculas complexas como o NAD (Nicotinamida-Adenina-Dinucléotideo) e os citocromos, que funcionam como transportadores de elétrons, num processo de oxirredução.

O ciclo do ácido cítrico tem início com a com a condenação da Acetil-CoA, proveniente de piruvato ou de ácidos graxos, com ácido oxilacético, produzindo ácido nítrico.

O resultado final do ciclo do ácido cítrico tem inicio é o seguinte :graças ás desidronageneses, ocorre a produção de hidrogênio, que dará elétrons e prótons.

Além dessas funções, o ciclo do ácido cítrico fornece metabolistos que serão usados para a síntese de aminoácidos e hidratos de carbono.

O Sistema transportador de elétrons

É uma cadeia, formada por enzimas e compostos não-enzimaticos, cuja função é transportar elétrons. Dentre esses transportadores de elétrons estão os citocromos, compostos orgânicos ricos em ferro. Ao longo dessa cadeia, são transportados elétrons de alta energia, que é veiculada para três lugares determinados na cadeia, onde ocorre síntese de ATP. Esse processo é eficiente e produz 36 mols de ATP por mol de glicose consumida.

Ao chegarem ao fim do sistema transportador, os elétrons ativam moléculas de oxigênio, produzindo O- graças a um sistema enzimático, chamando citocromo-oxidase.