01 - Biologia Celular

Bioquimicamente, a mitocôndria é extremamente compartimentalizada. Suas membranas externa e interna são, realmente, bem diferentes. A membrana externa, por exemplo, é muito permeável, até mesmo a pequenas proteínas, graças a uma proteína de canal denominada de porina.

Já a membrana interna é muito pouco permeável e a passagem de substâncias entre o citossol e a matriz depende de proteínas de transporte muito seletivas. Além das proteínas de transporte, a membrana interna possui os chamados complexos enzimáticos respiratórios, formados por dezenas de proteínas integrantes de membrana que se agrupam em três complexos principais (Fig. 2, 3). A membrana interna possui ainda um complexo protéico extremamente importante que é a ATP sintase, responsável, como veremos, pela síntese final de ATP pela mitocôndria.

Na matriz mitocondrial, por outro lado, encontram-se, além do DNA e do maquinário de síntese protéica, praticamente todas as enzimas (exceto uma) que catalizam as várias reações do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs), da β-oxidação dos ácidos graxos, além dos complexos enzimáticos que constituem a piruvato desidrogenase.

Figura 2: Principais vias metabólicas da mitocôndria. O piruvato (proveniente da quebra do glicogênio) e os ácidos graxos (oriundos dos triglicerídios) são convertidos a acetil CoA, respectivamente, via complexo pirtuvato desidrogenase e β-oxidação. A acetil CoA alimenta o ciclo de Krebs, gerando coenzimas reduzidas e liberando CO_2. Finalmente, os elétrons de alta energia presentes nas coenzimas reduzidas são transferidos para os complexos enzimáticos respiratórios produzindo um gradiente de prótons que, através da ATP sintase, é convertido em ATP.
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Figura 3: Detalhe das membranas da mitocôndria. A membrana externa é bastante permeável e pouco seletiva, devido à presença de proteínas de canal, as porinas. Em contraposição, a membrana interna é bastante seletiva e comporta, também, outras proteínas, tais como transportadores específicos e os complexos enzimáticos repiratórios. Estes complexos são responsáveis pela geração de ATP, em uma sequência de reações de oxirredução denominada fosforilação oxidativa.

Neste processo, elétrons de alta energia provenientes das coenzimas reduzidas passam por três complexos enzimáticos, que utilizarão sua energia para bombear íons H⁺ da matriz para o compartimento externo.

A primeira estação da cadeia de transporte de elétrons é formada pelo complexo NADH desidrogenase, que recebe os elétrons das moléculas de NADH + H⁺ e os passam para uma molécula aceptora, a coenzima Q (que também recebe elétrons diretamente do FADH_2). Estes elétrons passam da coenzima Q para o complexo b-c_1, que, por sua vez, são transferidos para outra molécula aceptora, o citocromo c. Finalmente, estes elétrons chegam ao último complexo enzimático, o complexo citocromo oxidase, sendo, em seguida, transferidos para o oxigênio, formando água. A energia dos elétrons é convertida pelos complexos enzimáticos em um gradiente eletroquímico de prótons bombeados da matriz para o compartimento externo que, ao retornarem à matriz pela ATP sintase, levam à produção de ATP.