Questão 5 Unicamp 2024 - 2ª fase - dia 2
As mitocôndrias têm papel fundamental na respiração celular e na produção de energia. A cadeia de transporte de elétrons nas cristas mitocondriais é possível graças à presença de proteínas que oxidam compostos e permitem a criação de um gradiente de prótons transmembranar, usado na síntese de adenosina trifosfato (ATP).
a) Desenhe a estrutura de uma mitocôndria e indique onde ocorre o ciclo do ácido tricarboxílico e onde ocorre a cadeia de transporte de elétrons. Cite dois compostos com poder redutor, oriundos das fases iniciais da respiração celular, que são oxidados na cadeia transportadora de elétrons na mitocôndria.
b) Em plantas, ocorre uma rota alternativa de oxidação, sendo produzido calor devido à energia liberada durante o transporte de elétrons. A termogênese aumenta a temperatura das flores de algumas espécies. Os gráficos ao lado representam: o excesso da temperatura da flor em relação à temperatura do ar; a proporção relativa de compostos voláteis (∙); e a frequência de visitação das flores por abelhas (△) e por besouros sugadores (▲) durante a floração da magnólia. As áreas em cinza indicam os momentos em que as flores estão abertas. Estabeleça uma associação entre as variáveis apresentadas nos gráficos. Cite uma importância ecológica da termogênese para as plantas e uma para os insetos.
(Adaptado de: WANG, R. et al. Plos One, São Francisco, v. 9, n. 6, p. e99356, jun. 2014.)
a) As mitocôndrias são organelas celulares exclusivas dos eucariontes, sendo responsáveis pela produção de ATP por meio da respiração celular aeróbica. Elas são formadas por duas membranas, uma externa e uma interna. A membrana externa delimita a organela em si, enquanto a membrana interna delimita uma região chamada de matriz mitocondrial, onde ocorre o ciclo de Krebs, conhecido também como ciclo do ácido cítrico, ou ciclo do ácido tricarboxílico. Além disso, a membrana interna é dotada de dobras (cristas mitocondriais) que aumentam a área disponível para a fosforilação oxidativa, que é a última etapa da respiração, a qual utiliza oxigênio como aceptor final de elétrons. A fosforilação oxidativa é formada por duas fases:
- Cadeia respiratória (cadeia transportadora de elétrons), que converte a energia dos elétrons obtidos do NADH e do FADH2 (aceptores intermediários de elétrons) em um gradiente de prótons estabelecido entre o espaço intermembranas e a matriz mitocondrial.
- Quimiosmose, processo que converte a energia do gradiente de prótons em ATP, utilizando a enzima ATP sintase, que transporta íons H+ do espaço intermembranas de volta para a matriz mitocondrial.
As mitocôndrias podem ser esquematizadas como na figura abaixo:
Fonte: banco de imagem.
Os dois compostos com poder redutor, oriundos das fases iniciais da respiração celular, e que são oxidados na cadeia transportadora de elétrons na mitocôndria, são as coenzimas conhecidas como NADH e FADH2. A produção das formas reduzidas ocorre durante a oxidação de moléculas nas três etapas iniciais da respiração aeróbica: glicólise - oxidação da glicose (rendimento 2 NADH), oxidação do piruvato (rendimento 2 NADH) e no ciclo de Krebs (rendimento 6 NADH e 2 FADH2). Assim, nessas etapas há produção de 10 NADH e 2 FADH2 por glicose.
b) De acordo com os gráficos apresentados na questão, podemos deduzir que, no período da tarde (12h – 18h), há um aumento da temperatura das flores de magnólia em relação à temperatura do ar, chegando a um excesso de mais de 4 °C. Esse aumento de temperatura (termogênese) provavelmente é o resultado da maior liberação de calor por proteínas desacopladoras (termogenina) localizadas nas cristas mitocondriais, que permitem a passagem de íons H+ do espaço intermembranas para a matriz mitocondrial, a favor do gradiente de concentração. O aumento de temperatura da flor provoca a evaporação dos compostos voláteis produzidos por certas glândulas florais, que eliminam odores atrativos, elevando a proporção relativa de tais compostos. Quanto maior é a proporção relativa de compostos voláteis, ou seja, quanto mais odores atrativos são liberados pelas flores das magnólias, maior é a taxa de visitação por abelhas (Figura 1), que acontece com maior frequência no período da tarde. A taxa de visitação por besouros sugadores (Figura 2) não variou de forma significativa durante o período da tarde, embora tenham sido nesses horários que ocorreu a visita às flores das magnólias. Provavelmente, os besouros não respondem tando aos estímulos odoríferos como as abelhas.
Figura 1. Polinização das flores de magnólias por abelhas. Fonte: Zen Rial via Getty Images. https://cosmosmagazine.com/nature/plants/scientists-establish-how-first-flowering-plants-were-pollinated-140-million-years-ago/
Figura 2. Polinização das flores de magnólias por besouros. Fonte: D. Hill (CC). https://blog.umd.edu/agronomynews/2020/06/29/beetles-and-pollination/
A polinização é uma relação ecológica de mutualismo, ou seja, o favorecimento desse processo é benéfico tanto para a planta quanto para o polinizador. A importância ecológica da termogênese para as plantas está relacionada ao fato de que o aumento de temperatura favorece a liberação de odores que atraem insetos polinizadores, como as abelhas. A maior taxa de visitação pelas abelhas aumenta a eficiência da polinização, garantindo um maior sucesso reprodutivo em comparação com plantas não termogênicas. Portanto, plantas que utilizam seu metabolismo para produzir calor irão atrair mais polinizadores, serão fecundadas e podem gerar mais sementes. A importância ecológica da termogênese para os insetos está relacionada ao fato de que o aumento da proporção relativa de compostos voláteis eleva a taxa de encontro de flores por insetos polinizadores. Desse modo, há um ganho de eficiência durante o processo de busca por fontes de alimento, resultando em uma maior taxa de sobrevivência e de reprodução.