Mitocôndrias: Energia (ATP), DNA mitocondrial, e Endossimbiose no Enem

Saiba mais sobre as mitocôndrias e surgimento delas através da endossimbiose! Revise Biologia Enem para gabaritar sua prova! E no final, tem Simulado Enem Online com apenas 10 questões para você testar o que aprendeu!

Mitocôndrias e a produção de Energia – Todas as células de todos os seres vivos precisam de energia para viver. Para isso, cada ser vivo precisa obter moléculas orgânicas, sejam eles autótrofos (que realizam fotossíntese, ou quimiossíntese) ou heterótrofos (ingerindo ou absorvendo outros seres vivos).

Para que a energia química presente nestas moléculas orgânicas seja liberada para o uso da célula, é necessário que ocorram processos de quebra destas moléculas para a obtenção de ATPs (as moedas energéticas das células). mitocÕndria

Nos seres vivos aeróbios, este quebra se dá através da respiração celular. Nos seres eucariontes, há uma organela específica para a realização da respiração celular: a mitocôndria. Você conhece a estrutura das mitocôndrias? Sabia que elas têm DNA próprio? Conhece a hipótese da endossimbiose? Não? Então vem com a gente revisar as mitocôndrias para arrasar nas questões de Biologia do Enem e dos vestibulares!

As mitocôndrias são consideradas as “usinas de produção de energia das células”. No interior de cada mitocôndria ocorrem duas das três etapas da respiração celular: o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória. As mitocôndrias são pequenas organelas na forma de grãos alongados que podem medir até 2 µm de diâmetro e 10 µm de comprimento.

A estrutura das Mitocôndrias

Quando são observadas ao microscópio eletrônico, podemos notar que as mitocôndrias possuem duas membranas semelhantes à membrana plasmática (uma membrana interna e outra externa).

A membrana interna da mitocôndria forma uma série de dobras e septos, que se assemelham à uma crista de galo e por isso mesmo são chamadas de cristas mitocondriais. Figura 1: Desenho esquemático de uma mitocôndria:

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A Estrutura da Membrana

A membrana interna contém uma série de enzimas e de transportadores de elétrons que irão participar da fase final da respiração celular: a cadeia respiratória.

Como as cristas mitocondriais possuem várias voltinhas, há um aumento considerável da área dessa membrana interna e, assim, uma maior quantidade de enzimas respiratórias, sem um aumento do tamanho da organela. Entre as duas membranas e internamente às cristas mitocondriais há um material que se assemelha a um gel, como o citoplasma, e é chamado de matriz mitocondrial.

Na matriz mitocondrial há também DNA, RNA e ribossomos. Isso quer dizer que a mitocôndrias possuem “maquinaria” própria para a síntese de proteínas e de algumas enzimas que atuam na respiração celular (algumas dessas enzimas são também produzidas pelos genes do núcleo da célula). Quer fazer uma revisão completa sobre DNA e RNA? – Veja aqui uma aula gratuita sobre os códigos genéticos.

O DNA mitocondrial permite também a autoduplicação da mitocôndria e, consequentemente, sua multiplicação quando necessário. Figura 2: Fotomicrografia de uma mitocôndria feita com um microscópio eletrônico de transmissão:

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Fique atento (a) a um último detalhe: normalmente células que utilizam mais energia possuem maior número de mitocôndrias, como células musculares e neurônios.  Figura 3: Fotomicrografia do interior de uma célula muscular feita com microscópio eletrônico de varredura e colorida artificialmente. Em azul podemos ver as miofibrilas da célula muscular e, em laranja, uma enorme quantidade de mitocôndrias:

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Hipótese da endossimbiose:

Acredita-se que as mitocôndrias tenham surgido há cerca de 2 bilhões de anos, quando bactérias foram fagocitadas por células maiores e, tendo escapado de dos mecanismos de digestão, passaram a viver dentro delas.

Estas bactérias seriam capazes de realizar respiração aeróbia, ao contrário das células que as abrigaram, que provavelmente só realizavam fermentação.

Como a respiração aeróbia é muito mais rentável do que a fermentação, as células hospedeiras passaram a contar com uma maior quantidade de energia. Processo semelhante ocorreu com os cloroplastos, que provavelmente eram bactérias fotossintetizantes ancestrais.

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Figura 4:Ilustração representando a teoria da endossimbiose

DNA mitocondrial e investigação da hereditariedade: Quando ocorre a fecundação, o espermatozoide “doa” ao óvulo apenas seu núcleo. Sendo assim, as demais organelas presentes no zigoto são herdadas do óvulo, ou seja, da “mãe” do indivíduo.

Como não há mistura genética no DNA mitocondrial, é muito mais fácil estabelecer uma linhagem genética através desse material genético. Há estudos, por exemplo, que tentam rastrear os primeiros seres humanos através do DNA mitocondrial.

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Exercícios

Agora que você já sabe tudo sobre mitocôndrias, que tal testar seus conhecimentos?

01 – (UNISA SP/2014)  As figuras representam a teoria da endossimbiose. Essa teoria explica a origem de determinados tipos celulares a partir de células mais simples, bem como o surgimento de mitocôndrias e cloroplastos.

Processo A

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Processo B

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(Bruce Alberts et al. Biologia Molecular da Célula, 2004.)

Segundo a teoria da endossimbiose e os processos representados, é correto afirmar que

a) a célula resultante do processo A é ancestral da célula resultante do processo B e, portanto, é ancestral das plantas atuais.

b) a presença de parede celular envolvendo mitocôndrias e cloroplastos confirma a teoria.

c) o processo B representa a origem das células de algas e fungos.

d) a relação estabelecida entre as bactérias e as células eucariontes representadas nas imagens foi de parasitismo.

e) os processos A e B permitiram a formação de seres autótrofos e heterótrofos, respectivamente.

Gab: A

 

02 – (FGV/2013)   Observe a figura que ilustra uma possível explicação, formulada pela pesquisadora Lynn Margulis, em 1981, para o processo de evolução das células eucariontes a partir de um ancestral procarionte.

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(www.cientic.com/tema_classif_img3.html)

De acordo com a pesquisadora, o processo evolutivo celular teria ocorrido em função

a) da internalização de organelas membranosas, tais como o lisossomo e o complexo de golgi, a partir da simbiose com procariontes.

b) do surgimento do núcleo celular a partir da incorporação de organismos primitivos procariontes semelhantes às bactérias.

c) do desenvolvimento de organelas membranosas, tais como mitocôndrias e cloroplastos, a partir de invaginações da membrana celular.

d) da fagocitose de procariontes aeróbios e fotossintetizantes, originando os eucariontes autótrofos e heterótrofos, respectivamente.

e) da formação de membranas internas e, posteriormente, da endossimbiose de ancestrais das mitocôndrias e dos cloroplastos.

Gab: E

 

03 – (PUC RJ/2013)   Lynn Margulis, na sua Teoria Endossimbiótica, propôs que algumas organelas celulares das células eucarióticas tenham- se originado da associação simbiótica com células procarióticas.

Essas organelas são:

 

a) mitocôndrias e complexo de Golgi.

b) lisossomos e mitocôndrias.

c) mitocôndrias e cloroplastos.

d) centríolos e cloroplastos.

e) lisossomos e complexo de Golgi.

Gab: C

 

04 – (UEFS BA/2012)   A figura representa, de forma esquemática, processos coevolutivos existentes entre diferentes seres ao longo da evolução da célula eucariótica.

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AMABIS, J.L.; MARTHO, G.R., Biologia da célula.
2. ed. São Paulo: Moderna. 2004. v. 1, p. 38.

A respeito desse tema, é correto afirmar:

a) Relações de endossimbiose deram origem a toda diversidade de organelas existente no ambiente citoplasmático da célula eucariótica.

b) A primeira endossimbiose representada foi responsável pelo aumento da eficiência da célula de padrão eucarionte, na obtenção de energia, a partir da oxidação de compostos orgânicos.

c) As relações de endossimbiose aumentaram o nível de dependência parasitária dos seres fagocitados e não digeridos pelos seres de padrão eucarionte.

d) O advento da fotossíntese no mundo vivo ocorreu a partir da união de uma cianobactéria ancestral com uma célula eucariótica aeróbia primitiva.

e) Fragmentos de membrana presentes no citoplasma estabeleceram as condições adequadas para a formação dos primeiros cloroplastos e mitocôndrias.

Gab: B

 

05 – (UFG/2012)   Leia o texto a seguir.

A teoria endossimbiótica, proposta pela bióloga Lynn Margulis, indica que os primeiros eucariontes eram organismos anaeróbios, heterotróficos e que se alimentavam fagocitando bactérias aeróbicas e fotossintetizantes. Essas bactérias fagocitadas pelos eucariontes simples teriam mantido com eles relação simbiótica harmônica e, com o tempo, passaram a constituir um só organismo.

Essa teoria tem nos cloroplastos e mitocôndrias elementos-base de sua evidência, porque essas organelas apresentam

a) membrana dupla: a interna seria da bactéria fagocitada e a externa, do envoltório da célula eucarionte.

b) reprodução por brotamento, característica também encontrada nas bactérias fagocitadas.

c) RNA circular compatível com o que existe no núcleo das células eucariontes.

d) cinetoplastos, que foram incorporados às células eucariontes.

e) carapaça de proteína transferida para as células eucariontes.

Gab: A

 

06 – (UEL PR/2014)   Pode-se considerar a organização e o funcionamento de uma célula eucarionte animal de modo análogo ao que ocorre em uma cidade. Desse modo, a membrana plasmática seria o perímetro urbano e o citoplasma, com suas organelas, o espaço urbano. Algumas dessas similaridades funcionais entre a cidade e a célula corresponderiam às vias públicas como sendo o retículo endoplasmático, para o transporte e a distribuição de mercadorias; os supermercados como sendo o complexo de Golgi, responsável pelo armazenamento de mercadorias, e a companhia elétrica como sendo as mitocôndrias, que correspondem à usina de força da cidade. Pode-se, ainda, considerar que a molécula de adenosina tri-fosfato (ATP) seja a moeda circulante para o comércio de mercadorias.

Assinale a alternativa que justifica, corretamente, a analogia descrita para as mitocôndrias.

a) Absorção de energia luminosa utilizada na produção de ATP.

b) Armazenamento de ATP produzido da energia de substâncias inorgânicas.

c) Armazenamento de ATP produzido na digestão dos alimentos.

d) Produção de ATP a partir da oxidação de substâncias orgânicas.

e) Produção de ATP a partir da síntese de amido e glicogênio.

Gab: D

 

07 – (UECE/2013)   Analise as seguintes afirmações sobre as organelas celulares, e assinale com V as verdadeiras e com F as falsas:

(  )   O retículo endoplasmático é formado a partir da invaginação da membrana plasmática, e está relacionado com a produção de proteínas e lipídios.

(  )   As enzimas dos lisossomos podem digerir componentes de uma célula, transformando um tipo celular em outro, como uma forma bastante eficiente e econômica de reaproveitamento de matéria orgânica.

(  )   Os ribossomos são organelas formadas por duas subunidades do mesmo tamanho, responsáveis pela síntese de lipídios.

(  )   Nas mitocôndrias, durante o processo de respiração aeróbia, ocorrem as seguintes reações determinantes: o Ciclo de Krebs nas cristas mitocondriais e a Cadeia Respiratória na matriz mitocondrial.

A sequência correta, de cima para baixo, é:

a) V, F, F, V.

b) F, V, V, F.

c) V, V, F, F.

d) F, F, V, V.

Gab: C

 

08 – (UEM PR/2013)   A célula viva é um mundo microscópico em que ocorre intensa atividade bioquímica. Sobre as organelas e as estruturas celulares, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).

01. O Complexo de Golgi é responsável pelo processo de secreção celular onde ocorre produção e eliminação de substâncias que atuarão no ambiente extracelular.

02. As proteínas da matriz extracelular de um tecido são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso.

04. No citosol (hialoplasma) de uma célula procariótica, encontra-se o citoesqueleto, responsável pelo processo de divisão celular.

08. A análise de DNA mitocondrial, quando aplicada para testes de identificação de parentesco, traça a linhagem paterna de uma pessoa.

16. A função heterofágica realizada pelos peroxissomos ocorre no dia a dia em toda a célula e permite eliminar partes desgastadas pelo uso, atuando no processo de rejuvenescimento celular.

Gab: 03

 

09 – (PUC RJ/2013)   O cianureto é um veneno que mata em poucos minutos, sendo utilizado na condenação à morte na câmara de gás. Ele combina-se de forma irreversível com pelo menos uma molécula envolvida na produção de ATP.

Assim, ao se analisar uma célula de uma pessoa que tenha sido exposta ao cianureto, a maior parte do veneno será encontrada dentro de:

a) retículo endoplasmático.

b) peroxissomos.

c) lisossomos.

d) mitocôndria.

e) complexo de Golgi.

Gab: D

 

10 – (UFRN/2013)   As organelas que estão distribuídas no citoplasma são fundamentais para o funcionamento e para a adaptação das células em suas funções. Tanto maratonistas (corredores de prova de longa distância) quanto insetos voadores, como as abelhas, que sustentam o batimento de suas asas durante muito tempo, possuem uma taxa metabólica elevada em suas células musculares.

As células musculares de maratonistas e de insetos voadores contêm grande quantidade de

a) vacúolo, que armazena Ca+2 para a contração muscular.

b) complexo golgiense, que secreta enzimas para sintetizar hormônios.

c) lisossomo, que faz autofagia para eliminar partes desgastadas das células musculares.

d) mitocôndria, que fornece energia para a contração muscular.

Gab: D

 

11 – (UFPE/UFRPE/2013)  

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A micrografia acima é de uma organela celular encontrada em grande quantidade em células que possuem alto gasto energético. Acerca dessa organela, analise as afirmações a seguir.

00. Trata-se de uma organela essencial ao processo de fotossíntese.

01. É uma organela que está associada ao processo de respiração celular.

02. É nessa estrutura que ocorre a síntese de ATP.

03. A função dessa organela é a síntese de glicose, fonte principal de energia.

04. É nessa organela que ocorre o ciclo de Krebs.

Gab: FVVFV

 

12 – (UDESC SC/2012)   Observe o esquema abaixo:

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Assinale a alternativa correta quanto à morfologia e fisiologia da estrutura interna (organela) de uma célula animal, que se encontra partida ao meio, permitindo a sua visualização interna.

a) O esquema se refere à mitocôndria, que é responsável pela fermentação celular; a mitocôndria utiliza o ribossomo e a matriz para realizar a glicólise.

b) O esquema se refere à mitocôndria, que é responsável pela digestão celular. Para realizar essa função, ocorre o processo de cadeia respiratória em sua membrana externa.

c) O esquema se refere ao peroxissoma, que é responsável pela reação de oxidação de moléculas orgânicas e que utiliza sua membrana externa para realizar essa função.

d) O esquema se refere ao complexo de Golgi, que é responsável pela conversão da acetil-CoA com o ácido oxalacético, existente na matriz e forma o ácido cítrico.

e) O esquema se refere à mitocôndria, que é responsável por algumas etapas da respiração celular. Na matriz ocorre o ciclo de Krebs, e na membrana interna ocorre a cadeia respiratória.

Gab: E

 

TEXTO: 1 – Comum à questão: 13

 Como a simbiose, o sexo é uma questão de incorporação. O sexo pode ser compreendido como um acaso especial de simbiose cíclica: tanto o sexo (óvulos fecundados, os zigotos) como a simbiose, surgindo a partir de parceiros simbióticos, geram novos seres. O ato de acasalamento em geral é breve. Em incorporações de plantas e de animais, o novo ser é relativamente duradouro em relação ao próprio momento de acasalamento. Mas a simbiose celular é um nível de fusão mais profundo, mais permanente e singular. Nas grandes simbioses celulares, aquelas do momento evolutivo que gerou as organelas, o ato de acasalamento é, em termos práticos, eterno. (MARGULIS, 2001, p. 100).

 

13 – (UEFS BA/2012)   A ciência perdeu nesta semana a mulher que ajudou a mostrar como pessoas, árvores e outros seres vivos complexos são criaturas híbridas, tão improváveis quanto centauros ou sereias. Durante toda a sua carreira científica, Lynn Margulis foi a principal defensora da teoria da simbiogênese, a ideia de que grandes transições da evolução envolveram a fusão de dois ou mais seres vivos completamente diferentes — daí a analogia com centauros. (LOPES, 2011).

LOPES, Reinaldo José. Folha de S. Paulo. Ciência e Saúde. Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/ciencia/1011298-biologa-

que-propos-celula-mestica-morre-aos-73- anos.shtml>. Acesso em: 24 nov. 2011.

Em relação à hipótese de endossimbiose sequencial (SET), proposta pela pesquisadora Lynn Margulis, é correto afirmar:

a) A relação de endossimbiose que deu origem ao cloroplasto deve ter se estabelecido primeiro na história da vida preparando um ambiente oxidativo que permitisse o estabelecimento da respiração aeróbia realizado pelas mitocôndrias geradas em uma endossimbiose posterior.

b) Apesar de as relações de simbiose serem prejudiciais aos seus hospedeiros, as vantagens do estabelecimento da respiração celular e da fotossíntese no grupo dos eucariontes pelos procariontes parasitas favoreceram a evolução do grupo.

c) O sucesso evolutivo do grupo dos eucariontes está intimamente ligado à evolução endossimbiótica de uma estrutura que aumentou a eficiência na obtenção de energia a partir de processos oxidativos.

d) O advento da endossimbiose com cianobactérias ancestrais estabeleceu um novo grupo dentro do padrão eucarionte detentor da capacidade quimioautótrofa de fixação de energia em compostos orgânicos.

e) A fusão de dois ou mais seres vivos com o mesmo padrão de organização celular impulsionou a evolução da vida para uma hibridização favorável a uma melhor adaptação às exigências do ambiente.

Gab: C

Mitocôndria e Energia Celular

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Juliana Biologia Enem
Os textos e exemplos acima foram preparados pela professora Juliana Santos para o Blog do Enem. Juliana é formada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Santa Catarina. Dá aulas de Ciências e Biologia em escolas da Grande Florianópolis desde 2007. Facebook: https://www.facebook.com/juliana.evelyndossantos.