Todos os dias, um adulto saudável produz cerca de 50kg de ATP, a molécula que fornece energia às células, segundo uma revisão de 2015. A maior parte sai das suas mitocôndrias. Eis como funciona uma mitocôndria, o que muda com a idade e o que a mantém, segundo os estudos.
O essencial
- Uma molécula de glicose totalmente oxidada graças às mitocôndrias rende até 33 ATP, contra 2 só com a glicólise (cálculo teórico de 2017).
- O ADN mitocondrial, com cerca de 16 600 pares de bases, contém 37 genes e transmite-se quase sempre pela mãe.
- Segundo um estudo de 2008, a produção de ATP pelas mitocôndrias musculares diminui com a idade nas pessoas sedentárias, mas não nos atletas de resistência.
- Num ensaio de 2017, 12 semanas de treino intervalado aumentaram em 69 % a respiração mitocondrial muscular de 9 adultos dos 65 aos 80 anos.
O que é uma mitocôndria?
Uma mitocôndria é um organelo: um compartimento especializado da célula, delimitado por duas membranas, que utiliza oxigénio para converter a energia dos alimentos em ATP. Visível ao microscópio ótico, forma frequentemente com as vizinhas uma rede de tubos que se dividem e fundem continuamente.
A imagem da «central energética da célula» data de 1957. Uma revisão de 2023 considera-a demasiado simples e enumera dezenas de funções.
Duas membranas, cristas e uma matriz
A membrana externa é porosa: os canais deixam passar iões e pequenas moléculas. A membrana interna, impermeável, só deixa passar o que os seus transportadores selecionam; mantém-se nela uma diferença elétrica de cerca de 180 milivolts. Dobra-se em cristas, onde se concentram a cadeia respiratória e a ATP sintase. No centro, a matriz, rica em proteínas, contém o ADN mitocondrial e o ciclo de Krebs.
Um ADN próprio, transmitido pela mãe
A mitocôndria tem o seu próprio ADN: uma molécula circular com cerca de 16 600 pares de bases, presente em várias cópias. Os seus 37 genes codificam 13 proteínas da cadeia respiratória e da ATP sintase e 24 ARN que servem para as produzir. Este ADN transmite-se pela mãe.
Mutações deste ADN, ou de genes do núcleo, causam doenças mitocondriais: doenças genéticas raras, com sintomas variados, que exigem acompanhamento médico especializado.
Uma antiga bactéria que se tornou organelo
A mitocôndria descende de uma bactéria aparentada com as alfaproteobactérias, absorvida por outra célula há cerca de 1,6 mil milhões de anos: é a teoria da endossimbiose. Conserva vestígios, como os seus próprios ribossomas e complexos respiratórios muito próximos dos das bactérias.
Quantas mitocôndrias existem numa célula?
Depende do tecido. Como as mitocôndrias formam frequentemente uma rede, mede-se sobretudo o número de cópias de ADN mitocondrial (várias por mitocôndria): geralmente de 100 a 5 000 por célula, segundo uma revisão de 2023. Uma célula do músculo cardíaco contém em média mais de 6 000, um glóbulo branco cerca de 350.
Como produz a mitocôndria o ATP?
Faz passar os eletrões retirados aos nutrientes (glicose, ácidos gordos, alguns aminoácidos) até ao oxigénio e utiliza a energia libertada para produzir ATP. Eis as etapas para a glicose.
| Etapa | Onde | O que acontece | Moléculas-chave |
|---|---|---|---|
| Glicólise | Citoplasma | A glicose é dividida em dois piruvatos; ganho de 2 ATP | Glicose, piruvato, NADH |
| Ciclo de Krebs | Matriz | O piruvato, transformado em acetil-CoA, é oxidado em CO2 | Acetil-CoA, NADH, FADH2 |
| Cadeia respiratória | Cristas da membrana interna | Os eletrões chegam ao oxigénio; são bombeados protões | Complexos I a IV, coenzima Q10, citocromo c |
| ATP sintase | Cristas da membrana interna | O regresso dos protões faz girar o motor que produz ATP | ADP, fosfato, ATP |
O complexo I recebe os eletrões do NADH e o complexo II os do succinato, um intermediário do ciclo de Krebs. A coenzima Q10 conduz os eletrões ao complexo III, depois o citocromo c ao complexo IV, que os cede ao oxigénio para formar água. Ver também a diferença entre NAD+ e NADH.
Os complexos I, III e IV bombeiam protões para fora da matriz. Ao regressarem através da ATP sintase, fazem girar um anel de 8 subunidades, rotor de um motor que monta o ATP. No total, a oxidação completa de uma molécula de glicose rende no máximo 33,45 ATP, segundo um cálculo de 2017.
Radicais livres, cálcio, calor: os outros papéis das mitocôndrias
Ao circularem, alguns eletrões escapam e reagem com o oxigénio: formam-se espécies reativas de oxigénio, sobretudo nos complexos I e III. Durante muito tempo vistas como simples resíduos, também servem de sinais. Num ensaio em humanos, antioxidantes em doses elevadas chegaram a anular alguns benefícios do treino (ver o stress oxidativo e os antioxidantes).
As mitocôndrias também captam e libertam cálcio, desencadeiam a morte celular programada ao libertar o citocromo c e produzem calor quando uma proteína como a UCP1 desacopla a respiração da produção de ATP. Nas suprarrenais e nas gónadas, asseguram a primeira etapa da síntese de hormonas esteroides a partir do colesterol.
Como mantém a célula as suas mitocôndrias?
Por um controlo de qualidade permanente. As mitocôndrias fundem-se e dividem-se continuamente, o que permitiria isolar uma parte danificada. Quando uma perde o potencial elétrico, a proteína PINK1 acumula-se à sua superfície e recruta a Parkin, que a marca para destruição: é a mitofagia. Pelo contrário, a biogénese, coordenada pela proteína PGC-1α, multiplica as mitocôndrias existentes.
O que muda com os anos nas mitocôndrias?
A capacidade de produzir ATP diminui, mas a inatividade contribui claramente para isso. Um estudo de 2008 comparou 42 adultos jovens (18 a 30 anos) ou mais velhos (59 a 76 anos), sedentários ou treinados em resistência. Nos sedentários, as mitocôndrias musculares dos mais velhos produziam menos ATP. Nos atletas, a diferença associada à idade não era significativa, apesar de os mais velhos manterem menos ADN mitocondrial.
Nem todos os tecidos envelhecem da mesma forma. Num estudo de 2016 com 152 pessoas autopsiadas, dos 3 dias aos 96 anos, as cópias de ADN mitocondrial diminuíam com a idade no músculo, sobretudo nos homens, mas aumentavam no fígado.
As mutações do ADN mitocondrial também se acumulam com a idade. Nos animais, a mitofagia abranda numa zona do cérebro e o NAD+, transportador de eletrões para a cadeia respiratória, diminui em vários tecidos. Nos humanos, esta diminuição depende do tecido (ver o NAD+ e a sua evolução com a idade).
A teoria mitocondrial do envelhecimento exige nuances
Segundo a teoria dos radicais livres, proposta em 1956, os danos causados pelos oxidantes fariam envelhecer o organismo; as mitocôndrias, que os produzem, ficaram no centro desta ideia. Nos animais, neutralizar estes oxidantes prolongou a vida em alguns modelos, mas não noutros, e mais oxidantes por vezes prolongaram-na.
Os ratinhos «mutadores», cujo ADN mitocondrial acumula erros, envelhecem prematuramente. Mas as suas mutações diferem, no tipo e no número, das do envelhecimento normal: o papel das mutações no envelhecimento continua a ser debatido.
Como cuidar das mitocôndrias: o que mostram os estudos?
A atividade física é a medida mais bem demonstrada em humanos, em qualquer idade: estimula a biogénese mitocondrial.
Resistência e treino intervalado
Num ensaio de 2003, 65 adultos dos 21 aos 87 anos seguiram 16 semanas de treino de resistência, comparados com 37 controlos. A atividade de duas enzimas mitocondriais musculares aumentou 45 a 76 %, independentemente da idade.
Em 2017, um ensaio distribuiu aleatoriamente adultos dos 18 aos 30 anos e dos 65 aos 80 anos por três programas de 12 semanas. O treino intervalado associava três sessões de bicicleta por semana (4 séries de 4 minutos acima de 90 % do consumo máximo de oxigénio) e duas de caminhada. Aumentou a respiração máxima das mitocôndrias musculares em 69 % nos 9 participantes mais velhos e em 49 % nos 14 jovens. O programa de bicicleta moderada e musculação só teve efeito significativo nos jovens (+38 %), e a musculação isolada não teve em nenhum grupo.
O treino aumenta também a NAMPT muscular, a enzima-chave da reciclagem do NAD+: ver as medidas estudadas para aumentar o NAD+.
Sono e alimentação
A falta de sono poderá afetar as mitocôndrias. Num pequeno ensaio de 2021 (24 homens jovens, três grupos de 8), cinco noites com 4 horas na cama reduziram a tolerância à glicose em relação ao grupo que dormia 8 horas. A respiração mitocondrial muscular também diminuiu cerca de 18 %, mas sem diferença significativa em relação a esse grupo. Estas diminuições não foram observadas no grupo que acrescentou três sessões de treino intervalado.
Na alimentação, um ensaio de 2007 testou 6 meses de restrição calórica em 36 adultos com excesso de peso. Comer menos 25 % de calorias aumentou em 35 % a quantidade de ADN mitocondrial muscular (+21 % com restrição e exercício, +2 % nos controlos), sem alterar a atividade das enzimas mitocondriais. Uma restrição destas não se improvisa: peça aconselhamento a um profissional de saúde.
Vitaminas, minerais, suplementos: o que se pode alegar?
Quinze vitaminas e minerais dispõem de uma alegação autorizada sobre o metabolismo energético: ácido pantoténico, biotina, cálcio, cobre, ferro, iodo, magnésio, manganês, niacina, fósforo, riboflavina, tiamina e vitaminas B6, B12 e C. O produto deve ser pelo menos uma «fonte» no sentido da regulamentação.
Vários destes nutrientes atuam na mitocôndria. A riboflavina (B2) serve as enzimas flavínicas da cadeia respiratória, a niacina (B3) a produção de NADH, o ácido pantoténico (B5) a formação da coenzima A. A tiamina (B1) é indispensável a complexos enzimáticos do ciclo de Krebs, e o ferro faz parte dos oito centros ferro-enxofre do complexo I.
Formulações exatas: «A riboflavina contribui para o normal metabolismo produtor de energia», «A niacina contribui para o normal metabolismo produtor de energia» e «O magnésio contribui para o normal metabolismo produtor de energia». Ver os nossos artigos sobre a vitamina B3 e sobre as formas de magnésio. A coenzima Q10, a L-carnitina ou o ácido alfa-lipoico não têm qualquer alegação de saúde autorizada.
Os precursores do NAD+ continuam a ser um tema de investigação. Num ensaio de 2020 com 40 homens com obesidade e resistência à insulina, 2g por dia de ribósido de nicotinamida durante 12 semanas, comparados com placebo, não alteraram o NAD+ muscular nem as mitocôndrias do músculo (respiração, quantidade, forma). Os outros ensaios estão no nosso comparativo NMN ou NR.
Perguntas frequentes
A mitocôndria tem um núcleo?
Não. O seu ADN é compactado em pequenos conjuntos, os nucleoides, que contêm geralmente uma única cópia do genoma mitocondrial.
Porque se diz que a mitocôndria é semiautónoma?
Porque tem o seu próprio ADN, mas só produz uma parte ínfima das suas proteínas. Ao longo da evolução, transferiu até 99 % dos seus genes para o núcleo: a maioria das suas proteínas é produzida no citoplasma e depois importada.
Todas as nossas células têm mitocôndrias?
Quase todas. Os glóbulos vermelhos são a exceção: ao amadurecerem, perdem o núcleo e eliminam as mitocôndrias por mitofagia, graças a uma proteína chamada NIX.
O ADN mitocondrial vem sempre da mãe?
Quase sempre. Foi descrito em 2002 um caso de origem paterna no músculo de um doente com miopatia, mas não nos outros doentes estudados depois: esta transmissão continua a ser excecional e debatida.
É possível medir o estado das mitocôndrias?
Não de forma simples. Os ensaios aqui citados analisam mitocôndrias recolhidas por biopsia muscular. O número de cópias de ADN mitocondrial, por vezes medido no sangue, varia entre tecidos, frequentemente sem relação na mesma pessoa: por isso, não informa necessariamente sobre os outros tecidos.
Uma fadiga persistente pode vir de uma doença mitocondrial?
É possível, mas pouco provável: estas doenças genéticas são raras. Uma fadiga duradoura tem muitas outras causas: se persistir mais de algumas semanas, consulte um médico.
Conclusão
A mitocôndria é muito mais do que uma central energética: produz a maior parte do ATP, mas gere também o cálcio, a morte celular, o calor e algumas hormonas. Com a idade, a sua capacidade diminui, em parte devido à inatividade. O treino de resistência e o treino intervalado continuam a ser as medidas mais bem demonstradas, incluindo depois dos 65 anos.
Fontes
- Kühlbrandt W (2015). Structure and function of mitochondrial membrane protein complexes. BMC Biology, 13, 89. doi:10.1186/s12915-015-0201-x
- Taylor RW, Turnbull DM (2005). Mitochondrial DNA mutations in human disease. Nature Reviews Genetics, 6(5), 389-402. doi:10.1038/nrg1606
- Monzel AS, Enríquez JA, Picard M (2023). Multifaceted mitochondria: moving mitochondrial science beyond function and dysfunction. Nature Metabolism, 5(4), 546-562. doi:10.1038/s42255-023-00783-1
- Wachsmuth M et al. (2016). Age-related and heteroplasmy-related variation in human mtDNA copy number. PLoS Genetics, 12(3), e1005939. doi:10.1371/journal.pgen.1005939
- Mookerjee SA et al. (2017). Quantifying intracellular rates of glycolytic and oxidative ATP production and consumption using extracellular flux measurements. Journal of Biological Chemistry, 292(17), 7189-7207. doi:10.1074/jbc.M116.774471
- Sun N, Youle RJ, Finkel T (2016). The mitochondrial basis of aging. Molecular Cell, 61(5), 654-666. doi:10.1016/j.molcel.2016.01.028
- Lanza IR et al. (2008). Endurance exercise as a countermeasure for aging. Diabetes, 57(11), 2933-2942. doi:10.2337/db08-0349
- Short KR et al. (2003). Impact of aerobic exercise training on age-related changes in insulin sensitivity and muscle oxidative capacity. Diabetes, 52(8), 1888-1896. doi:10.2337/diabetes.52.8.1888
- Robinson MM et al. (2017). Enhanced protein translation underlies improved metabolic and physical adaptations to different exercise training modes in young and old humans. Cell Metabolism, 25(3), 581-592. doi:10.1016/j.cmet.2017.02.009
- Saner NJ et al. (2021). Exercise mitigates sleep-loss-induced changes in glucose tolerance, mitochondrial function, sarcoplasmic protein synthesis, and diurnal rhythms. Molecular Metabolism, 43, 101110. doi:10.1016/j.molmet.2020.101110
- Civitarese AE et al. (2007). Calorie restriction increases muscle mitochondrial biogenesis in healthy humans. PLoS Medicine, 4(3), e76. doi:10.1371/journal.pmed.0040076
- Depeint F et al. (2006). Mitochondrial function and toxicity: role of the B vitamin family on mitochondrial energy metabolism. Chemico-Biological Interactions, 163(1-2), 94-112. doi:10.1016/j.cbi.2006.04.014
- Dollerup OL et al. (2020). Nicotinamide riboside does not alter mitochondrial respiration, content or morphology in skeletal muscle from obese and insulin-resistant men. The Journal of Physiology, 598(4), 731-754. doi:10.1113/JP278752
- Règlement (UE) n° 432/2012 de la Commission du 16 mai 2012 établissant une liste des allégations de santé autorisées portant sur les denrées alimentaires, autres que celles faisant référence à la réduction du risque de maladie ainsi qu'au développement et à la santé infantiles. Journal officiel de l'Union européenne, L 136, 1-40 (versão consolidada de 19 de agosto de 2024). eur-lex.europa.eu
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