Mitocôndria: Estrutura e Função

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Organela conversora de energia
ATP para a respiração celular
Mitocôndria
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Mitocôndria
Todos os tipos celulares eucariontes
Tamanho, número e forma variados (alongadas, esféricas, aneladas)
Apresenta duas membranas
1 a 10 µm 
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Mitocôndria 
Ovócitos 		300.000 mit/cel
Hepatócitos 		500 a 1600 mit/cel
Renais 			300 mit/cel
Espermatozóides 	 25 mit/cel
Mitocôndria 
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Mitocôndria 
Microfilmagens mostram que são organelas móveis e plásticas
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Mitocôndria 
Associadas a microtúbulos que determinam sua distribuição em locais peculiares nos diferentes tipos celulares.
mitocôndrias
microtúbulos
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Mitocôndria 
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Duas membranas – estrutural e funcionalmente distintas
Mitocôndria
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	50% lipídeos e 50% proteínas – alta fluidez
	Permeável a íons e pequenas moléculas (até 5.000 dáltons)		
		
		Porinas – proteínas integrais de membrana 
		
Membrana externa
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-altamente especializada
-20% lipídeos e 80% proteínas
-impermeável a íons
-seletivamente permeável a pequenas moléculas
-dobra-se formando as cristas mitocondriais	
	
	Proteínas da cadeia respiratória (NADH desidrogenase, citocromos)
		ATP sintase
		Succinato desidrogenase (TCA cycle)
	Proteínas transportadoras que regulam o fluxo de metabólitos
	
Membrana interna
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Matriz mitocondrial 
Enzimas que metabolizam piruvato e ácidos graxos para produzir acetil CoA e aquelas que oxidam acetil CoA no ciclo do ácido cítrico
 
Além de várias cópias do DNA mitocondrial, RNAt, ribossomos e enzimas para expressão destes genes
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Teoria endossimbiótica
Lynn Margulis
Symbiosis in Cell Evolution (1981)
Em 1918, o francês Paul Portier já dizia que as mitocôndrias eram originárias de bactérias simbióticas 
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As mitocôndrias, como as bactérias, se reproduzem por fissão celular e essa divisão pode se dar independentemente da divisão da célula hospedeira e quando há necessidade de mais energia. 
Evidências da origem endossimbiótica
TÊM SEU PRÓPRIO GENOMA (DNA CIRCULAR com ~ 16.500 bps )
Corresponde a 1% do DNA contido no núcleo
SEUS PRÓPRIOS RIBOSSOMOS 70S
SEUS PRÓPRIOS tRNAs
Síntese de ptns na mitocôndria é inibida por antibióticos que inibem a síntese em bactérias
O aa iniciador da síntese é a formilmetionina
Membrana interna rica em cardiolipina
Evidências da origem endossimbiótica
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O genoma mitocondrial codifica:
13 cadeias polipeptídicas
2 RNAs ribossômicos 
22 RNAs transportadores 
As proteínas codificadas no núcleo e importadas do citosol desempenham um papel fundamental na criação do sistema genético da mitocôndria 
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As células obtém energia pela oxidação de moléculas
Todas as células são mantidas pela energia armazenada nas ligações químicas de moléculas orgânicas
Para que essa energia seja usada as células devem extraí-la de uma forma utilizável
moléculas
dos alimentos
grande nº de moléculas da célula
Formas de energia útil
Vias catabólicas
Vias anabólicas
Diferentes blocos usados na biossíntese
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Converte a energia da oxidação em ATP através de processo quimiosmótico 
Peter Mitchell- Nobel de Química em 1979. 
ATP – moeda corrente de energia química das células
Respiração celular
Processo de oxidação das moléculas orgânicas acompanhado de liberação de energia aproveitada para síntese de ATP
1 – Formação de acetil- CoA. 
2 – Acetil-CoA é totalmente oxidado a CO2. Os elétrons liberados pela oxidação são captados pelos carreadores de elétrons (NADH e FADH2)
3 – Os elétrons são transferidos para o O2 através da cadeia transportadora de elétrons. A energia liberada por este processo é utilizada para a produção de ATP (fosforilação oxidativa)
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As mitocôndrias podem utilizar tanto o piruvato como os ácidos graxos como combustível
acidos graxos
acidos graxos
gorduras
Ambas moléculas são transportadas através da membrana mitocondrial interna e são então convertidas no intermediário metabólico acetil CoA por enzimas localizadas na matriz mitocondrial.
açúcares
açúcares
glicose
piruvato
piruvato
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Os grupos acetila da acetil CoA são oxidados na matriz mitocondrial por intermédio 
do ciclo do ácido cítrico
 O ciclo gera elétrons de alta energia que serão carregados pelas moléculas carreadoras ativadas para a membrana mitocondrial interna
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NAD+ e o FAD+ são carreadores ativados especializados em transportar elétrons e átomos de hidrogênio de alta energia
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O processo de transporte de elétrons inicia quando o íon hidreto (H+ + 2e- )é removido do NADH
As várias proteínas carreadoras de elétrons envolvidas estão agrupadas em 4 grandes complexos enzimáticos
Cadeia transportadora de elétrons
Cada um destes complexos atua como uma bomba de prótons impulsionada pelo transporte de elétrons
+ H+
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O2 +4H+
2H2O
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As transferências de elétrons liberam grande quantidades de energia
Grande parte desta energia é utilizada para bombear prótons para fora da matriz mitocondrial
42% da energia é utilizada para síntese de ATP
Parte é perdida na forma de calor
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O fluxo energeticamente favorável de elétrons bombeia H+ através da membrana interna, da matriz para o espaço intermembranas
Essa diferença na concentração de prótons gera um gradiente que tem 2 componentes:
1-gradiente de concentração de H+ 
(gradiente de pH)
Potencial químico
2-gradiente de voltagem
Potencial de membrana (elétrico)
Estes dois componentes formam o
 gradiente eletroquímico de prótons
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O gradiente eletroquímico de prótons através da membrana é utilizado para impulsionar a síntese de ATP
Os prótons fluem espontaneamente a favor do seu gradiente eletroquímico
ATP sintase – complexo protéico transmembrana que utiliza a energia do fluxo de H+ para sintetizar ATP a partir de ADP e Pi
Também chamado de FoF1 ATPase
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Gradiente eletroquímico de prótons exerce uma força próton motriz que direciona a síntese de ATP no processo de fosforilação oxidativa.
Mitocôndria – Conversão de energia
elétron de alta energia
elétron de 
baixa energia
Estágio 1 – o transporte de elétrons promove a bomba que impulsiona os prótons através da membrana
Estágio 2– o gradiente de prótons é aproveitado pela ATP sintase para produzir ATP
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Gradiente de prótons também permite o transporte ativo de metabólitos e cálcio
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ATP sintase
A passagem de 3 ou 4 prótons resulta na síntese de uma molécula de ATP.
Mais de 100 moléculas de ATP são produzidas por segundo!
Pode funcionar reversivelmente (bactérias – metabolismo aeróbico e anaeróbico)
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Resumo do metabolismo energético da mitocôndria
Membrana mitocondrial externa
Membrana mitocondrial interna
ATP sintase
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Defeitos mitocondriais
O fenótipo de mutações mitocondriais reflete a extensão da dependência de um certo tecido à fosforilação oxidativa.
Normalmente envolvem tecidos com alta demanda energética
Mutações em DNA mitocondrial
Mutações em genes nucleares que afetam a fosforilação oxidativa ou a biogênese mitocondrial
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Participação no ciclo da ureía – desaminação do glutamato.
Produção de hormônios esteróides – colesterol é transformado em pregnenolona na membrana interna que retorna ao retículo para formar a testosterona.
Expressão de termogenina (caso de recém-nascidos) torna a membrana interna permeável aos prótons, desacoplando o transporte de e- da síntese de ATP. A energia é perdida na forma de calor.
Também ocorre na mitocôndria…
Mitocôndria e apoptose
Mitochondrial Pathway
Death Receptor Pathway
FasL
Caspase 3
D
D
D
D
Fas/Apo1
/CD95
FADD
Procaspase 8
DISC
Caspase 8
BID
oxidants
ceramide
others
Bcl-2
D
Cytochrome
 c
dATP
Procaspase 9
Apaf -1
dATP
Apaf -1
Caspase 9
Procaspase 3
apoptosome
DNA damage
Cellular targets
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