Organelas relacionadas ao metabolismo energético

A teoria da endossimbiose

A teoria endossimbiótica, proposta por Lynn Margulis em 1981, busca explicar a origem das mitocôndrias e dos cloroplastos (cloroplastídeos), as únicas organelas com dupla membrana. 

As mitocôndrias, provavelmente, são derivadas de células procariotas aeróbias, que foram englobadas por células eucariotas há milhões de anos. Tais bactérias desenvolveram uma relação de simbiose com as células eucariotas que, agora, tinham uma fonte mais eficiente de energia. Já a bactéria conseguia proteção e nutrientes da célula hospedeira. Essa associação teria perdurado ao longo do tempo, e as bactérias teriam dado origem às mitocôndrias. 

Os cloroplastos, provavelmente, descendem de cianobactérias (procariontes autótrofos), em um processo muito semelhante àquele que ocorrera com as mitocôndrias. Nesse caso, a cianobactéria realizava fotossíntese e produzia matéria orgânica para a célula eucariota. Em troca, a cianobactéria adquiria proteção e matéria prima para a fotossíntese.

Algumas evidencias que reforçam a teoria da endossimbiose:

- As mitocôndrias e os cloroplastos são organelas com dupla membrana envolta, o que ocorre com as bactérias e as cianobactérias.

- Na membrana interna das bactérias encontram-se as enzimas respiratórias (nos mesossomos), à semelhança do que ocorre com as mitocôndrias (as enzimas respiratórias localizam-se nas cristas mitocondriais);

- Mitocôndrias e cloroplastos possuem DNA circular, sem histonas (tal como ocorre com os procariotos) e capacidade de autoduplicação;

- Os ribossomos das mitocôndrias e dos cloroplastos são muito semelhantes aos dos procariotos;

- Mitocôndrias e cloroplastos são capazes de produzir parte de suas proteínas (enzimas), independentemente do material genético nuclear.

Mitocôndria:

São organelas formadas por duas membranas, uma externa lisa e uma interna com pregas, constituindo as cristas mitocôndrias. O interior da mitocôndria, é chamado de matriz mitocondrial, é preenchido por um líquido que contém ribossomos e DNA próprio. São responsáveis pela respiração celular e produção de energia a partir da quebra da glicose. Podem variar de dezenas a centenas em cada célula. Possuem genes próprios e têm capacidade de autoduplicação.

A respiração celular é um fenômeno que consiste basicamente no processo de extração de energia química acumulada nas moléculas de substâncias orgânicas diversas, tais como carboidratos e lipídios.

Nesse processo, verifica-se a oxidação de compostos orgânicos de alto teor energético, produzindo gás carbônico e água, além da liberação de energia, que é utilizada para que possam ocorrer as diversas formas de trabalho celular. 

A organela citoplasmática responsável por este mecanismo de respiração é a mitocôndria, atuando como uma verdadeira usina de energia. 

EQUAÇÃO GERAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR

C6H12O6 + O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia

Por essa equação é possível verificar que a molécula de glicose (C6H12O6) é degradada de maneira a originar substâncias relativamente mais simples (CO2 e H2O). 

Essa quebra da molécula de glicose, entretanto, ocorre de forma gradativa, não comprometendo a vitalidade da célula. 

Através do processo aeróbio, a respiração ocorre em três fases: a glicólise (no citoplasma), ciclo de Krebs (na matriz mitocondrial) e a cadeia respiratória (nas cristas mitocondriais). 

Na respiração, grande parte da energia química liberada durante oxidação do material orgânico se transforma em calor. 

Essa produção de calor contribui para a manutenção de uma temperatura corpórea em níveis compatíveis com a vida, compensando o calor que normalmente um organismo cede para o ambiente, sobretudo nos dias de frio.

Cloroplastos: 

São exclusivos das células vegetais. Assim como as mitocôndrias, os cloroplastos são envoltos por duas membranas. Seu interior é preenchido por um líquido, o estroma, no qual estão mergulhados ribossomos, enzimas, DNA próprio e um sistema de membranas formado por diversos discos achatados, denominados tilacóides. Os tilacóides dispõem-se em pilhas chamadas grama. 

Os cloroplastos são responsáveis pelo processo de fotossíntese, no qual ocorre a produção de glicídio e gás oxigênio pelas reações químicas entre dióxido de carbono e água na presença de energia luminosa, captada pela clorofila, pigmento verde presente nos cloroplastos. 

Organismos clorofilados eucariontes e cianobactérias têm capacidade de transformar água e energia luminosa em oxigênio; e gás carbônico em água. Tal fenômeno chama-se fotossíntese, sendo esta de extrema importância não só para a manutenção da vida destes organismos, mas também de todo o nosso planeta, já que libera oxigênio e também consome gás carbônico; além de permitir a existência de plantas e outros organismos produtores das cadeias alimentares.

A fórmula simplificada da fotossíntese é a seguinte:

6 CO2 + 12 H20 => C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

A clorofila, pigmento localizado no interior dos cloroplastos, é imprescindível para este processo, porque possui capacidade de refletir a luz verde e absorver os comprimentos de onda de luz azuis e vermelhos oriundos dos raios solares: imprescindíveis para a realização da fotossíntese.

Na primeira etapa da fotossíntese, denominada etapa fotoquímica, a energia luminosa é capaz de adicionar uma molécula de fosfato a cada molécula de ADP, gerando ATPs. Este evento é denominado fotofosforilação cíclica.

Também na etapa fotoquímica, há a quebra de moléculas de água, com liberação de gás oxigênio e transferência de hidrogênio para moléculas de NADP. Deste evento, há a formação de NADPH2. 

Tanto ATP quanto NADPH2 serão utilizados na próxima etapa da fotossíntese. Nesta, conhecida como etapa química, ou Ciclo de Calvin; a luz solar não exerce papel primordial, e sim o gás carbônico. Em tal etapa, numerosas e complexas reações dão origem à glicose a partir do CO2, hidrogênio (oriundo do NADPH2) e energia (liberada pelo ATP). 

Moléculas de glicose podem formar amido; ou, unidas a moléculas de frutose, originar sacarose; ou, ainda, serem convertidas em diversos outros tipos de substâncias. Esses carboidratos serão utilizados em atividades como: respiração celular, formação de celulose, síntese de proteínas, dentre outros; do indivíduo fotossintético.

Para saber mais:

1. Fotossíntese

Referências:

CURTIS, H. Biologia Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1985.

DE ROBERTIS, E. D. P e DE ROBERTIS JR. E.M.F. Bases da Biologia Celular e Molecular. 2.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.

JUNQUEIRA, L. C Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005.