Mitocôndrias - Funções

As mitocôndrias são consideradas, por muitos, como a "casa de energia" da célula, ou ainda como a "usina" celular. Mas por que?

A principal fonte de extração de energia celular são os nutrientes que reagem com o oxigênio - carboidratos, lipídios e proteínas.

No corpo humano, todo carboidrato é convertido em glicose. no trato digestivo ou no fígado, antes de alcançarem outras células do corpo. Da mesma forma, proteínas chegam à célula como aminoácidos e as gorduras como ácidos graxos.

Dentro da células, mais especificamente dentro das mitocôndrias, os alimentos então reagem com oxigênio, isso ocorre por meio da atuação de enzimas, que além de controlarem as reações ainda canalizam a energia gerada (liberada) na direção apropriada.

Assim, quase todas as reações oxidativas ocorrem nas mitocôndrias, e a energia liberada é usada para formar um composto de alta energia, que conhecemos como ATP (Adenosina trifosfato). Logo, o ATP, e não os nutrientes vindos da dieta, é utilizado para energizar quase todas as reações metabólicas intracelulares subsequentes.

Figura abaixo mostra a estrutura de uma molécula de ATP:

Como podemos ver na figura acima, o trifosfato de adenosina, famoso ATP, é um nucleotídeo composto por:

1. Adenina (base nitrogenada);
2. Ribose (açúcar pentose);
3. Três radicais fosfato (trifosfato)

Os dois últimos radicais fosfato são conectados com o restante da molécula pelas chamadas ligações fosfato de alta energia. Sob condições físicas e químicas do corpo, cada uma das ligações de alta energia contém, cerca de 12.000 calorias de energia por mol de ATP, o que é muitas vezes maior do que a energia armazenada em ligações químicas usuais.

A ligação fosfato de alta energia pode ser cindida instantaneamente sempre que energia for necessária para promover outras reações intracelulares.

Quando o ATP libera sua energia, um radical de ácido fosfórico se separa da molécula, formando a molécula conhecida como Difosfato de adenosina (ou ADP). Essa energia liberada é, então, usada para energizar muitas outras funções da célula, como a síntese de substâncias (como as proteínas) e a contração muscular.

Para reconstituir o ATP utilizado, a mitocôndria utiliza a energia derivada dos nutrientes, recombinando o ADP e o ácido fosfórico, refazendo a molécula de ATP. Esse processo de consumo de liberação de energia, formação de ADP e reformação de ATP se repete indefinidamente.

1 - Processos químicos na formação de ATP - o papel das mitocôndrias

À medida que entra na célula, a glicose sofre transformações devido à ação de enzimas do citoplasma, transformando-se em Ácido Pirúvico (processo que conhecemos por glicólise - quebra da glicose). Já nessas etapas do citosol, pequena quantidade de ADP é convertida em ATP pela energia liberada durante a conversão da glicose em ácido pirúvico (menos de 5% da energia da célula).

95% do ATP utilizado nas células é produzido nas mitocôndrias. 

O ácido pirúvico (derivado dos carboidratos - glicose), os ácidos graxos (derivados dos lipídios) e os aminoácidos (derivados das proteínas) são convertidos em um composto chamado de Acetil-CoA (acetil coenzima A) na matriz das mitocôndrias. Esse composto, então, é processado (para extração de sua energia) por outras enzimas (processo conhecido como Ciclo de Krebs ou Ciclo do Ácido cítrico).

No cíclo de Krebs, o acetil CoA é clivado em suas partes componentes, átomos de hidrogênio e dióxido de carbono. O CO2 se difunde pela célula, cai no líquido intersticial, passa para o plasma e é transportado até ser excretado pelos pulmões. 

Os átomos de hidrogênio, mais reativos, são instantaneamente combinados com o oxigênio, formando moléculas de água (H20). Essas reações liberam uma grande quantidade de energia, que é utilizada pela mitocôndria para converter 32 moléculas de ADP em 32 moléculas de ATP (essas reações são complexas e ocorrem na presença de diversas enzimas diferentes - bioquímica).

O ATP recém-formado é então transportado para fora da mitocôndria, para todas as partes da célula, onde sua energia é usada para múltiplas funções celulares.

Esse processo geral de formação de ATP é chamado de Mecanismo Quimiosmótico e está representado na figura abaixo:

2 - Uso de ATP no funcionamento celular

A energia do ATP é usada para promover três grandes categorias de funções celulares:

1. Transporte de substâncias através da membrana celular (transporte ativo);
2. Síntese de componentes químicos pela célula (ex: proteínas);
3. Função mecânica (ex: contração muscular)

Essas funções estão representadas na figura abaixo:

Além do transporte de sódio pela membrana (representado na figura - bomba de sódio-potássio), a energia do ATP é necessária para o transporte de diversos íons, como o potássio, o cálcio e o magnésio, além do transporte de diversas moléculas orgânicas pela membrana.

Esse transporte de membrana é tão importante para a célula que algumas células, como as tubulares renais, usam até 80% do ATP produzido para essa finalidade.

Além de sintetizar proteínas (representado na figura), as células sintetizam fosfolipídeos, colesterol, purinas, pirimidinas e diversas outras substâncias. A síntese de quase todos os componentes químicos requer energia.

Para termos ideia da importância do ATP na síntese proteica, são necessários milhares de moléculas de ATP para liberar energia na formação de cada molécula de proteína. Algumas células usam até 75% da sua produção de ATP para a síntese proteica (principalmente durante a fase de crescimento celular).

Cada contração da fibra muscular (representado na figura) exige o gasto de grande quantidade de ATP.

Resumindo para encerrar, o ATP está sempre disponível para liberar rapidamente sua energia onde for necessário na célula. Para repor o ATP, reações químicas muito mais lentas quebram os nutrientes vindos da dieta (glicose, ácidos graxos e aminoácidos) e usam a energia derivada para formar novamente o ATP a partir do ADP. 95% do ATP utilizado nas células é formado pelas mitocôndrias ("usinas" celulares).

Texto e Figuras retirados do livro: Tratado de Fisiologia Médica - Guyton e Hall - parte do capítulo 2.

Obrigado pela atenção e bons estudos.