Tópicos do Artigo

1. Introdução
2. Teoria da Endossimbiose
3. Genoma Mitocondrial
4. Defeitos do DNA Mitocondrial

Introdução

As mitocôndrias são organelas celulares de formato arredondado ou alongado, encontradas no citoplasma das células eucarióticas, desempenhando um papel crucial na respiração aeróbica e em várias outras funções metabólicas. Elas são revestidas por duas membranas que delimitam um compartimento interno, conhecido como matriz mitocondrial. Essas membranas são compostas por uma dupla camada de fosfolipídios e apresentam permeabilidade devido à presença de proteínas específicas, denominadas porinas, que atuam como canais para a passagem de substâncias.

A membrana externa das mitocôndrias possui uma alta concentração de colesterol, enquanto a membrana interna é enriquecida com cardiolipina, um tipo de fosfolipídio que contém quatro cadeias de ácidos graxos, ausentes na membrana externa. A cardiolipina desempenha um papel importante ao restringir a passagem de partículas carregadas eletricamente através da membrana interna. Essa barreira é essencial para manter o equilíbrio iônico na matriz mitocondrial, evitando perturbações no gradiente de concentração e na produção de ATP.

As mitocôndrias são responsáveis pela produção de energia na célula. Elas convertem a energia obtida a partir da oxidação de nutrientes, como carboidratos, em adenosina trifosfato (ATP), a principal molécula energética que sustenta as atividades celulares. Durante esse processo, as mitocôndrias consomem oxigênio e liberam dióxido de carbono, razão pela qual o mecanismo é denominado respiração celular. Além disso, essas organelas possuem seu próprio material genético, na forma de DNA circular, que é distinto do DNA nuclear.

Teoria da Endossimbiose

Essa teoria sugere que a presença de duas membranas nos cloroplastos e nas mitocôndrias, uma interna e outra externa, pode ser explicada por um processo evolutivo conhecido como endossimbiose. De acordo com essa ideia, tanto os plastos quanto as mitocôndrias teriam sido, originalmente, organismos unicelulares independentes que foram incorporados por células eucarióticas primitivas. Após essa incorporação, passaram a ser envoltos por uma segunda membrana, derivada da célula hospedeira. A membrana externa das mitocôndrias é semelhante à membrana plasmática das células eucarióticas e é bastante sensível a agentes como detergentes e ultrassom. Já a membrana interna assemelha-se à membrana das bactérias e contém o sistema responsável pela produção de ATP.

Acredita-se que, durante a evolução, bactérias aeróbias teriam sido fagocitadas por células eucarióticas ancestrais. No entanto, em vez de serem digeridas, essas bactérias escaparam dos mecanismos de destruição celular e estabeleceram uma relação simbiótica com a célula hospedeira, dando origem à endossimbiose. Nesse processo, a membrana plasmática da célula hospedeira teria formado a membrana externa da mitocôndria, enquanto a membrana da bactéria se transformou na membrana interna da organela.

Essa relação mutualística beneficiou tanto a bactéria aeróbia, que ganhou proteção e acesso a nutrientes, quanto a célula hospedeira anaeróbia, que passou a contar com um sistema mais eficiente de produção de energia por meio da fosforilação oxidativa. Com o tempo, a célula hospedeira evoluiu para um organismo eucariótico aeróbio. Ao longo desse processo evolutivo, as mitocôndrias perderam grande parte de seu genoma original, que foi transferido para o núcleo da célula hospedeira. Como resultado, tornaram-se dependentes de proteínas codificadas pelo DNA nuclear para realizar suas funções.

Genoma Mitocondrial

As mitocôndrias contêm seu próprio material genético, o que as diferencia de outras organelas. Tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos surgem a partir do crescimento e da divisão de organelas já existentes. Essas estruturas possuem DNA, três tipos de RNA (ribossômico, mensageiro e transportador) e todo o aparato molecular necessário para a produção de determinadas proteínas. O DNA mitocondrial, assim como o das bactérias, é formado apenas por sequências codificantes (éxons), sem a presença de íntrons. Uma característica relevante do DNA mitocondrial é que ele é herdado exclusivamente da mãe. Isso ocorre porque as mitocôndrias de um organismo são derivadas apenas das mitocôndrias presentes no óvulo, sem contribuição das mitocôndrias do espermatozóide.

O genoma mitocondrial humano é composto por 16.569 pares de nucleotídeos, que codificam 37 genes. Desses, dois genes são responsáveis pelo RNA ribossômico (rRNA), 22 pelo RNA transportador (tRNA) e 13 codificam proteínas essenciais para a organela. Além disso, é importante destacar que, no código genético mitocondrial, quatro dos 64 códons possuem significados distintos em relação ao código genético universal, o que reflete sua origem evolutiva única e diferenciada.

Defeitos no DNA Mitocondrial

Algumas doenças raras estão associadas a mutações no DNA mitocondrial. Um exemplo é a doença de Luft, caracterizada pelo aumento no número de mitocôndrias no tecido muscular esquelético e pela elevação do metabolismo basal do paciente, apresentando sintomas semelhantes ao hipotireoidismo. Nesses casos, o processo de fosforilação oxidativa ocorre de forma desregulada, resultando na produção reduzida de ATP e no aumento da geração de calor. Outra condição relacionada é a miopatia mitocondrial infantil, que surge devido à redução significativa ou à completa ausência das enzimas envolvidas na cadeia transportadora de elétrons.

Tanto homens quanto mulheres podem desenvolver doenças causadas por defeitos no DNA mitocondrial, mas apenas as mulheres são capazes de transmiti-las para seus descendentes. Isso ocorre porque as mitocôndrias são herdadas exclusivamente do óvulo, e não do espermatozoide. O estudo dessas doenças é particularmente desafiador, pois a maioria das proteínas mitocondriais é codificada por genes localizados no núcleo celular. Dessa forma, uma doença hereditária relacionada às mitocôndrias pode ser causada por mutações no DNA mitocondrial, no DNA nuclear ou em ambos, o que complica a identificação e o entendimento dessas condições.

Referências Bibliográficas

1. UCHOA, C.; JOSÉ CARNEIRO. Biologia celular e molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012.
2. EDITORIAL GRUDEMI. Mitocondria. Disponível em: https://enciclopediaiberoamericana.com/mitocondria/.
3. BAILEY, R. What You Should Know About Mitochondria. Disponível em: https://www.thoughtco.com/mitochondria-defined-373367.
4. Herencia Mitocondrial | Concise Medical Knowledge. Disponível em: https://www.lecturio.com/es/concepts/herencia-mitocondrial/.