Em formação

2.2: Mitocôndrias e cloroplastos - Biologia


Para escapar da competição, as células procarióticas tornaram-se maiores. Para facilitar a comunicação entre todas as partes desta célula maior, eles desenvolveram a mobilidade do citoplasma usando actina proteína. Por sua vez, essa mobilidade resultou na aquisição de fagocitose, que é quando uma grande célula muda de forma e pode engolfar (“comer”) outras células. Dessa forma, células que costumavam ser presas se tornaram predadoras. Esses predadores capturaram presas por fagocitose e bactérias digeridas em lisossomos, que usam enzimas que destroem os componentes citoplasmáticos das células bacterianas.

A ameaça de predadores resulta em células ficarem ainda maiores, e essas células vão precisar de um melhor suprimento de ATP. Algumas presas que não foram digeridas e se mostraram úteis no fornecimento de ATP. Claro, as células predadoras também deveriam inventar um transporte adequado através da membrana dupla resultante! Devido à seleção natural, essas presas, que eram bactérias roxas, tornaram-se as mitocôndrias da célula. Isto é simbiogênese, ou a formação de dois organismos separados em um único organismo (Figura ( PageIndex {2} )).

Outro resultado de uma célula maior (as células eucatiotas são tipicamente 10-100 vezes maiores que as procarióticas) é que o tamanho do DNA aumentará e, para mantê-lo, a célula formará um núcleo. As novas células predadoras também precisam impedir que organismos alienígenas transfiram seus genes, o que atrasará a evolução.

A outra razão é que o núcleo protege o DNA ao encerrá-lo; no caso de o vírus DNA entrar na célula e tentar simular o DNA celular, a célula eucariótica destrói imediatamente qualquer DNA encontrado no citoplasma. Mais uma razão para fazer o núcleo é a pressão dos antibióticos: o núcleo melhora o isolamento desses produtos químicos nocivos. A formação do núcleo e a simbiogênese levaram as células a se tornarem eucarióticas.

Para ser chamado de eucarioto, é mais importante ter fagocitose e mitocôndria do que núcleo porque (1) o núcleo nem sempre existe, pode desaparecer durante a divisão celular e (2) alguns procariotos (planctobactérias) também têm compartimentos de membrana contendo DNA .

Na próxima etapa, alguns eucariotos também capturaram cianobactérias (ou outro eucarioto fotossintético), que se tornaram cloroplastos. Esses protistas fotossintéticos são chamados algas.

Ao todo, as células eucarióticas são "células de segundo nível" porque são células compostas de várias células. As células de todos os eucariotos têm dois genomas, o nuclear geralmente tem origem biparental, enquanto o genoma mitocondial normalmente se origina apenas da mãe. As células vegetais, por sua vez, têm três genomas, e o genoma do cloroplasto geralmente também é herdado da mãe.

Os cloroplastos sintetizam compostos orgânicos, enquanto as mitocôndrias produzem a maior parte do ATP citoplasmático. Ambas as organelas são cobertas por duas membranas e contêm DNA circular e ribossomos semelhantes aos bacterianos. Os cloroplastos têm tilacóides, ou bolsas e vesículas de membrana interna. Os tilacóides do cloroplasto podem ser longos (lamelas) ou curto e empilhado (granes) Por sua vez, as mitocôndrias podem ser ramificadas e interligadas.

Os cloroplastos são normalmente verdes por causa da clorofila, que converte a energia da luz em energia química. Alguns cloroplastos perdem clorofila e tornam-se transparentes, “brancos”, são chamados leucoplastos. Outros cloroplastos podem ser vermelhos e / ou laranja (cromoplastos), porque são ricos em carotenos e xantofilos. Esses pigmentos facilitam a fotossíntese e são os responsáveis ​​diretos pelas cores do outono das folhas. Como o amido é uma forma mais compacta de armazenar energia do que a glicose, os cloroplastos armazenam carboidratos como grãos de amido. Transparente amiloplastos contêm grandes grânulos de amido. Tecidos de armazenamento de tubérculos de batata, raízes de cenoura, raízes de batata-doce e sementes de grama são exemplos de tecidos ricos em amiloplastos.

Ter cloroplastos e paredes celulares não estão diretamente conectados, mas quase todos os organismos com cloroplastos também têm paredes celulares. Provavelmente, isso ocorre porque as paredes celulares não facilitam a motilidade celular e, para aqueles protistas que já possuem parede celular, a obtenção de cloroplasto será uma boa forma de sair da competição com os organismos organotróficos.


Mitocôndria

Mitocôndria (singular = mitocôndria) são frequentemente chamados de "potências" ou "fábricas de energia" de uma célula porque são responsáveis ​​pela produção de trifosfato de adenosina (ATP), a principal molécula transportadora de energia da célula. A formação de ATP a partir da quebra da glicose é conhecida como respiração celular. As mitocôndrias são organelas de membrana dupla de formato oval (figura 1) que têm seus próprios ribossomos e DNA. Cada membrana é uma bicamada fosfolipídica embutida com proteínas. A camada interna possui dobras chamadas cristas, que aumentam a área de superfície da membrana interna. A área circundada pelas dobras é chamada de matriz mitocondrial. As cristas e a matriz têm papéis diferentes na respiração celular.

De acordo com nosso tema de forma após a função, é importante ressaltar que as células musculares têm uma concentração muito alta de mitocôndrias porque as células musculares precisam de muita energia para se contrair.

figura 1 Esta micrografia eletrônica de transmissão mostra uma mitocôndria vista com um microscópio eletrônico. Observe as membranas interna e externa, as cristas e a matriz mitocondrial. (crédito: modificação do trabalho de Matthew Britton, dados da barra de escala de Matt Russell)

Como as mitocôndrias, os cloroplastos também têm seu próprio DNA e ribossomos. Cloroplastos funcionam na fotossíntese e podem ser encontrados em células eucarióticas, como plantas e algas. Dióxido de carbono (CO2), água e energia luminosa são usados ​​para produzir glicose e oxigênio na fotossíntese. Esta é a principal diferença entre plantas e animais: as plantas (autótrofos) são capazes de fazer seus próprios alimentos, como a glicose, enquanto os animais (heterótrofos) dependem de outros organismos para seus compostos orgânicos ou fonte de alimento.

Como as mitocôndrias, os cloroplastos têm membranas externas e internas, mas dentro do espaço fechado pela membrana interna de um cloroplasto está um conjunto de sacos de membrana preenchidos com fluido, interconectados e empilhados, chamados tilacóides (Figura 2) Cada pilha de tilacóides é chamada de granum (plural = grana). O fluido envolvido pela membrana interna e envolvendo o grana é chamado de estroma.

Figura 2 Este diagrama simplificado de um cloroplasto mostra a membrana externa, membrana interna, tilacóides, grana e estroma.

Os cloroplastos contêm um pigmento verde chamado clorofila, que captura a energia da luz solar para a fotossíntese. Como as células vegetais, os protistas fotossintéticos também possuem cloroplastos. Algumas bactérias também realizam fotossíntese, mas não possuem cloroplastos. Seus pigmentos fotossintéticos estão localizados na membrana tilacóide dentro da própria célula.

Teoria da Endossimbiose

Mencionamos que tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos contêm DNA e ribossomos. Você já se perguntou por quê? Fortes evidências apontam para a endossimbiose como explicação.

A simbiose é uma relação na qual organismos de duas espécies diferentes vivem em estreita associação e normalmente exibem adaptações específicas entre si. A endossimbiose (endo- = dentro) é uma relação em que um organismo vive dentro do outro. As relações endossimbióticas são abundantes na natureza. Micróbios que produzem vitamina K vivem dentro do intestino humano. Essa relação é benéfica para nós porque não somos capazes de sintetizar a vitamina K. Também é benéfica para os micróbios porque eles são protegidos de outros organismos e recebem um habitat estável e alimento abundante por viverem no intestino grosso.

Os cientistas notaram há muito tempo que bactérias, mitocôndrias e cloroplastos são semelhantes em tamanho. Também sabemos que mitocôndrias e cloroplastos têm DNA e ribossomos, assim como as bactérias. Os cientistas acreditam que as células do hospedeiro e as bactérias formaram uma relação endossimbiótica mutuamente benéfica quando as células do hospedeiro ingeriram bactérias aeróbias e cianobactérias, mas não as destruíram. Com a evolução, essas bactérias ingeridas tornaram-se mais especializadas em suas funções, com as bactérias aeróbias se transformando em mitocôndrias e as bactérias fotossintéticas em cloroplastos.


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Diferenças entre mitocôndrias e cloroplastos

Normalmente encontrado em plantas e organismos unicelulares.

Encontrado em quase todas as células.

Converte energia solar / luz em energia química (açúcar).

Converte energia química (açúcar) em outra forma de energia química (ATP), que é mais simples e pode ser usada pela célula.

Processo é fotossíntese: composto de Reações de Luz e Ciclo de Calvin Benson.

O processo é a respiração celular: composto de glicólise, ETC e Fosforilação Oxidativa.

Tem três compartimentos (partes): tilacóides (captura a luz do sol), granum (pl: grana pilhas de tilacóides), estroma (fluido dentro da membrana externa, que interage com o citoplasma. Ele envolve o granum e os tilacóides.

Possui dois compartimentos. Crista (pl: cristae) é o compartimento formado pela membrana interna e externa da mitocôndria, é a camada de dobras na mitocôndria e é cravejada de proteínas. O outro compartimento é chamado de matriz e é o fluido dentro das dobras (cristas).


13.2 Origens Eucarióticas

O registro fóssil e a evidência genética sugerem que as células procarióticas foram os primeiros organismos na Terra. Essas células se originaram há cerca de 3,5 bilhões de anos, cerca de 1 bilhão de anos após a formação da Terra, e eram as únicas formas de vida no planeta até o surgimento das células eucarióticas há aproximadamente 2,1 bilhões de anos. Durante o reinado procariótico, os procariotos fotossintéticos evoluíram, sendo capazes de aplicar a energia da luz solar para sintetizar materiais orgânicos (como carboidratos) a partir do dióxido de carbono e uma fonte de elétrons (como hidrogênio, sulfeto de hidrogênio ou água).

A fotossíntese usando água como um doador de elétrons consome dióxido de carbono e libera oxigênio molecular (O2) como um subproduto. O funcionamento das bactérias fotossintéticas ao longo de milhões de anos saturou progressivamente a água da Terra com oxigênio e, em seguida, oxigenou a atmosfera, que anteriormente continha concentrações muito maiores de dióxido de carbono e concentrações muito menores de oxigênio. Os procariotos anaeróbicos mais antigos da época não podiam funcionar em seu novo ambiente aeróbio. Algumas espécies morreram, enquanto outras sobreviveram nos ambientes anaeróbicos remanescentes deixados na Terra. Ainda outros procariontes primitivos desenvolveram mecanismos, como a respiração aeróbica, para explorar a atmosfera oxigenada usando oxigênio para armazenar a energia contida nas moléculas orgânicas. A respiração aeróbia é uma forma mais eficiente de obtenção de energia de moléculas orgânicas, o que contribuiu para o sucesso dessas espécies (conforme evidenciado pela quantidade e diversidade de organismos aeróbicos que vivem hoje na Terra). A evolução dos procariotos aeróbicos foi um passo importante em direção à evolução do primeiro eucarioto, mas várias outras características distintivas também tiveram que evoluir.

Endossimbiose

A origem das células eucarióticas era em grande parte um mistério, até que uma hipótese revolucionária foi exaustivamente examinada na década de 1960 por Lynn Margulis. A teoria endossimbiótica afirma que os eucariotos são um produto de uma célula procariótica engolfando outra, uma vivendo dentro da outra, e evoluindo juntas ao longo do tempo até que as células separadas não fossem mais reconhecíveis como tais. Essa hipótese antes revolucionária teve poder de persuasão imediata e agora é amplamente aceita, com o trabalho progredindo na descoberta das etapas envolvidas nesse processo evolutivo, bem como dos principais participantes. Ficou claro que muitos genes eucarióticos nucleares e o maquinário molecular responsável por replicar e expressar esses genes parecem intimamente relacionados ao Archaea. Por outro lado, as organelas metabólicas e os genes responsáveis ​​por muitos processos de captação de energia tiveram sua origem nas bactérias. Ainda há muito a ser esclarecido sobre como essa relação ocorreu - este continua a ser um campo excitante de descobertas na biologia. Vários eventos endossimbióticos provavelmente contribuíram para a origem da célula eucariótica.

Mitocôndria

As células eucarióticas podem conter de um a vários milhares de mitocôndrias, dependendo do nível de consumo de energia da célula. Cada mitocôndria mede de 1 a 10 micrômetros de comprimento e existe na célula como um esferóide oblongo em movimento, fusão e divisão (Figura 13.11). No entanto, as mitocôndrias não podem sobreviver fora da célula. Como a atmosfera foi oxigenada pela fotossíntese e como procariotos aeróbicos bem-sucedidos evoluíram, as evidências sugerem que uma célula ancestral engolfou e manteve vivo um procarioto aeróbio de vida livre. Isso deu à célula hospedeira a capacidade de usar o oxigênio para liberar a energia armazenada nos nutrientes. Várias linhas de evidência apóiam que as mitocôndrias são derivadas desse evento endossimbiótico. A maioria das mitocôndrias tem a forma de um grupo específico de bactérias e é cercada por duas membranas. A membrana mitocondrial interna envolve grandes dobras ou cristas que se assemelham à superfície externa texturizada de certas bactérias.

As mitocôndrias se dividem por conta própria por um processo que se assemelha à fissão binária em procariotos. As mitocôndrias têm seu próprio cromossomo de DNA circular que carrega genes semelhantes aos expressos por bactérias. As mitocôndrias também possuem ribossomos especiais e RNAs de transferência que se assemelham a esses componentes dos procariotos. Todas essas características confirmam que as mitocôndrias já foram procariontes de vida livre.

Cloroplastos

Os cloroplastos são um tipo de plastídio, um grupo de organelas relacionadas em células vegetais que estão envolvidas no armazenamento de amidos, gorduras, proteínas e pigmentos. Os cloroplastos contêm o pigmento verde clorofila e desempenham um papel na fotossíntese. Estudos genéticos e morfológicos sugerem que os plastídeos evoluíram a partir da endossimbiose de uma célula ancestral que engolfou uma cianobactéria fotossintética. Os plastídeos são semelhantes em tamanho e forma às cianobactérias e são envolvidos por duas ou mais membranas, correspondendo às membranas interna e externa das cianobactérias. Como as mitocôndrias, os plastídios também contêm genomas circulares e se dividem por um processo que lembra a divisão celular procariótica. Os cloroplastos das algas vermelhas e verdes exibem sequências de DNA intimamente relacionadas às cianobactérias fotossintéticas, sugerindo que as algas vermelhas e verdes são descendentes diretos desse evento endossimbiótico.

As mitocôndrias provavelmente evoluíram antes dos plastídeos porque todos os eucariotos têm mitocôndrias funcionais ou organelas semelhantes às mitocôndrias. Em contraste, os plastídeos são encontrados apenas em um subconjunto de eucariotos, como plantas terrestres e algas. Uma hipótese das etapas evolutivas que levam ao primeiro eucarioto está resumida na Figura 13.12.

As etapas exatas que levam à primeira célula eucariótica só podem ser hipotetizadas, e existe alguma controvérsia a respeito de quais eventos realmente ocorreram e em que ordem. Foi levantada a hipótese de que a bactéria espiroqueta deu origem a microtúbulos, e um procarioto flagelado pode ter contribuído com a matéria-prima para flagelos e cílios eucarióticos. Outros cientistas sugerem que a proliferação e compartimentação da membrana, e não eventos endossimbióticos, levaram ao desenvolvimento de mitocôndrias e plastídios. No entanto, a grande maioria dos estudos apóia a hipótese endossimbiótica da evolução eucariótica.

Os primeiros eucariotos eram unicelulares como a maioria dos protistas hoje, mas à medida que os eucariotos se tornaram mais complexos, a evolução da multicelularidade permitiu que as células permanecessem pequenas enquanto exibiam funções especializadas. Acredita-se que os ancestrais dos eucariotos multicelulares de hoje tenham evoluído cerca de 1,5 bilhão de anos atrás.


Assista o vídeo: Mitocôndria e Cloroplasto (Janeiro 2022).