Citologia: Mitocôndrias, cloroplastos e a endossimbiose

Estude as mitocôndrias e os cloroplastos, organelas que têm origem na endossimbiose.  Revise esse conteúdo de citologia para arrebentar em Biologia no Enem e nos vestibulares.

A mitocôndria e o cloroplasto são organelas bastante peculiares. Essas duas organelas citoplasmáticas possuem uma característica que as demais não possuem: a presença de material genético próprio. Essa característica é a principal pista usada para a elaboração da teoria da endossimbiose, que tenta explicar a origem dessas organelas.

Aprenda mais sobre as mitocôndrias e os cloroplastos nesta aula de citologia para o Enem e para os vestibulares.

Mitocôndria

– Funções das mitocôndrias:
Nos seres vivos aeróbios eucariontes, há uma organela citoplasmática especializada na respiração celular: a mitocôndria. A respiração celular é um processo onde moléculas orgânicas são quebradas para a obtenção da energia na forma de ATP (a moeda energética das células).

Na respiração celular aeróbica, essa quebra é feita com a ajuda do gás oxigênio e realizada em três etapas: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. Essas duas últimas etapas são realizadas no interior das mitocôndrias.

– Estrutura das mitocôndrias

Essas organelas citoplasmáticas possuem a forma de grãos ou bastonetes com tamanho aproximado de 2 µm de largura por 10 µm de comprimento.

Ao observarmos as mitocôndrias ao microscópio eletrônico, é possível notar que elas possuem duas membranas semelhantes à membrana plasmática. Uma das membranas delimita a organela. Já a outra, dobra-se sobre si mesma, formando uma série de reentrâncias no interior da mitocôndria. Essa série de septos são chamados de cristas mitocondriais.

esquema da mitocondria organelas celulares
Figura 1: Esquema de uma mitocôndria, onde podemos observar sua membrana externa delimitando a organela e a interna dobrando-se sobre si mesma e formando as cristas mitocondriais.

Permeando as cristas mitocondriais encontramos uma série de proteínas e transportadores de elétrons que irão participar da cadeia respiratória. As cristas mitocondriais, como todas as suas dobras, aumentam a área de adesão para estas enzimas, sem que seja necessária uma organela maior.

Entre as cristas mitocondriais encontramos uma substância gelatinosa, semelhante a que compõe o citosol. Essa substância é chamada de matriz mitocondrial. Na matriz mitocondrial há diversas enzimas que também são responsáveis por reações químicas que ocorrem na respiração celular.

Além das enzimas, também encontramos na matriz mitocondrial DNA, RNA e ribossomos. Isso mesmo, os ribossomos das mitocôndrias são organelas celulares dentro de outra organela! Isso, como veremos, reforçará a teoria da endossimbiose.

mitocondria citologia
Figura 2: Micrografia obtida através de microscópio óptico e colorida artificialmente. Na imagem podemos observar em laranja uma mitocôndria com suas duas membranas.

Como têm todo o “maquinário” próprio para a produção de proteínas, as mitocôndrias são capazes de produzir suas próprias proteínas e enzimas. Além disso, a presença do DNA dentro das mitocôndrias permite que elas se autodupliquem, independentemente da célula. Desse modo, seu número se mantém constante nas células, mesmo depois delas terem sofrido divisão celular.

– DNA mitocondrial e hereditariedade:

As mitocôndrias são doadas aos filhos pelas suas mães. Isso porque, quando ocorre a fecundação, o espermatozoide (célula com citoplasma extremamente reduzido) “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.

Cloroplastos

– Função dos cloroplastos:

Os cloroplastos são plastos classificados como cromoplastos. Isso quer dizer que são vesículas que armazenam pigmentos. Além dos cromoplastos, como os cloroplastos, as células vegetais podem também ter outros plastos que armazenam outras substâncias, como o amido (amiloplastos) e óleos (oleoplastos).

Porém, como já vimos no início dessa aula, os cloroplastos são bastante peculiares e não se resumem a bolsinhas que guardam um pigmento.

Os cloroplastos contêm o pigmento responsável pela fotossíntese, processo autotrófico de moléculas energéticas. Ou seja, são os cloroplastos que vão fazer o processo de produção “do próprio alimento” das plantas.

– Estrutura dos cloroplastos:

Os cloroplastos são organelas que possuem um tamanho entre 4 µm e 7 µm. Podem ser vistos ao microscópio óptico e têm a coloração verde. Essa coloração se deve ao pigmento em seu interior: a clorofila.

cloroplastos
Figura 3: Micrografia produzida a partir de microscópio óptico. Na imagem podemos ver várias bolinhas verdes, que são os cloroplastos.

A clorofila é a substância responsável por capturar a energia luminosa proveniente do Sol, indispensável à fotossíntese. A clorofila é formada por um álcool de cadeia longa (fitol), ligado a cadeias de carbonos e nitrogênio com um átomo de magnésio no meio.

Através do microscópio eletrônico é possível constatarmos que os cloroplastos são envolvidos por duas membranas semelhantes à membrana plasmática. No interior dessas membranas, encontramos uma rede de membranas ou lamelas, dentro das quais estão a clorofila e outros pigmentos.

cloroplasto
Figura 4: Micrografia obtida através de microscópio eletrônico de transmissão e colorida artificialmente. Pela imagem podemos observar as pilhas de tilacoides formadas pela rede de membranas internas.

Essas redes de membranas no interior dos cloroplastos formam uma série de vesículas achatadas, chamadas de tilacoides. Esses tilacoides, semelhantes a moedinhas, empilham-se formando estruturas que chamamos de granum. O conjunto de granum de um cloroplasto é chamado de grana.

O espaço entre os granum é preenchido por uma espécie de gel, chamado de estroma.  No estroma estão diversas substâncias envolvidas na fotossíntese.

as partes do cloroplasto
Figura 5: Esquema mostrando as partes de um cloroplasto.
Teoria da endossimbiose

Suspeita-se que as mitocôndrias tenham surgido a partir de uma simbiose com bactérias há aproximadamente 2,5 bilhões de anos. Essa simbiose se deu quando células fagocitaram bactérias e essas teriam escapado do mecanismo de digestão das suas hospedeiras. Dessa maneira, essas bactérias passaram a viver no interior dessas células primitivas.

Segundo essa teoria, essas bactérias seriam capazes de fazer respiração aeróbia, ao contrário das células com quem estabeleceram simbiose. Sendo a respiração aeróbia muito mais rentável (do ponto de vista energético) do que a respiração anaeróbia, essas células hospedeiras passaram a contar com esse maior aporte de energia.

teoria da endossimbiose
Figura 6: Esquema demonstrando a teoria da endossimbiose.

Algo semelhante aconteceu também com os cloroplastos. Nesse caso, teriam sido cianobactérias as células fagocitadas que se tornaram endossimbiontes e, mais tarde, organelas citoplasmáticas presentes em células eucariontes autotróficas.

Para saber mais sobre as mitocôndrias, os cloroplastos e a Teoria da Endossimbiose, veja esta aula do professor Samuel Cunha:

Para finalizar sua revisão, que tal testar seus conhecimentos com os exercícios que selecionei para você:

Questão 01 – (UFRGS/2014)

A teoria da endossimbiose, relacionada à evolução eucariótica, baseia-se em várias evidências.

Com relação a essa teoria, considere as afirmações abaixo.

I. As membranas duplas das mitocôndrias e dos cloroplastos corroboram a teoria endossimbiótica.

II. Os procariontes que dão origem às organelas mantêm o seu DNA intacto.

III.   Um procarionte fotossintetizador pequeno, englobado por um procarionte maior, pode contribuir com monossacarídeos e receber proteção.

Quais estão corretas?

a) Apenas I.

b) Apenas II.

c) Apenas I e III.

d) Apenas II e III.

e) I, II e III.

Gab: C

TEXTO: 1 – Comum à questão: 2

Observe o cladograma abaixo.

cladograma
(Fonte: http://www.ib.usp.br/)

Questão 02 – (OBB/2014)

Sobre a hipótese endossimbiótica de mitocôndrias e cloroplastos pode-se afirmar que:

a) existe uma forte relação de parentesco entre as bactérias que originaram ambas as organelas.

b) proteobactérias que originaram as mitocôndrias são mais aparentadas com a bactéria causadora do Tifo do que com as demais bactérias.

c) cianobactérias, por apresentarem cloroplastos, devem ter originado as células vegetais.

d) archeas devem ter originado tanto mitocôndrias como cloroplastos.

e) o aparato fotossintetizante estava presente em ambas bactérias endossimbióticas.

Gab: B

Questão 03 – (ENEM/2013)

Para a identificação de um rapaz vítima de acidente, fragmentos de tecidos foram retirados e submetidos à extração de DNA nuclear, para comparação com o DNA disponível dos possíveis familiares (pai, avô materno, avó materna, filho e filha). Como o teste com o DNA nuclear não foi conclusivo, os peritos optaram por usar também DNA mitocondrial, para dirimir dúvidas.

Para identificar o corpo, os peritos devem verificar se há homologia entre o DNA mitocondrial do rapaz e o DNA mitocondrial do(a)

a) existe uma forte relação de parentesco entre as bactérias que originaram ambas as organelas.

b) proteobactérias que originaram as mitocôndrias são mais aparentadas com a bactéria causadora do Tifo do que com as demais bactérias.

c) cianobactérias, por apresentarem cloroplastos, devem ter originado as células vegetais.

d) avó materna.

e) avô materno.

Gab: D

Questão 04 – (ENEM/2014)

Segundo a teoria evolutiva mais aceita hoje, as mitocôndrias, organelas celulares responsáveis pela produção de ATP em células eucariotas, assim como os cloroplastos, teriam sido originados de procariontes ancestrais que foram incorporados por células mais complexas.

Uma característica da mitocôndria que sustenta essa teoria é a

a) capacidade de produzir moléculas de ATP.

b) presença de parede celular semelhante à de procariontes.

c) presença de membranas envolvendo e separando a matriz mitocondrial do citoplasma.

d) capacidade de autoduplicação dada por DNA circular próprio semelhante ao bacteriano.

e) presença de um sistema enzimático eficiente às reações químicas do metabolismo aeróbio.

Gab: D

 

 

Sobre o(a) autor(a):

Juliana é bióloga formada pela Universidade Federal de Santa Catarina e cursa o Mestrado em Educação na mesma instituição. Ministra aulas de Ciências e Biologia em escolas da Grande Florianópolis desde 2007 e é coordenadora pedagógica do Blog do Enem.