Mitocôndrias: Organelas Conversoras de Energia

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Mitocôndrias
05/10/21
Aula ministrada pelo Prof. Me. Valter Dias
Introdução
Mitocôndria ⇒ Organela celular conversora de energia
❖ Respiração Celular:
❖ Produção de energia, que deve estar em uma
forma de uma moeda corrente que consegue ter
acesso rápido (proteínas, triglicérides) essas
energia estão em compostos estáveis
(macromol.)
uma moeda corrente instável de acesso rápido ==.
trifosfato de adenosina
pois a glicose é uma mol. estável ⇒ difícil de dar um
rendimento ótimo para a cel. ( e elas dependem dessa
energia para transporte ativa, divisão celular etc)
Resultante da respiração celular ⇒ produção de ATP
Anatomia da mitocôndria
Matriz mitocondrial
membrana oi ter - invaginaçao - cirsta mitricondrial
entre o espaço interno e externo
Sumário
● Função das mitocôndrias
● Estruturas ( cada ponto realiza uma reação
metabólica)
Energia:
● ATP ⇒ substrato para a produção de atp que
vem da alimentação ⇒ glicose
● alimentação ⇒
● depósito ( glicogênio)
Glicose ⇒ encontra oxigênio, onde? matriz mitocondrial
Oxigênio ⇒ reações químicas de oxidação.
Mol. de glicose - oxida e forma ⇒ 6CO2 + 6H2O + 38
ATP
gera desses 38 atp - 2 atp ( são formados no citoplasma)
mitocôndria ⇒ os demais
Kcal em uma mol. de glicose ⇒ 690 Kcal
ATP (trifosfato de adenosina) ⇒ ADENINA ligada a
uma RIBOSE e 3 mol. de P
Hidrólise (quebra através da água) ⇒ quebra das lig. de
P-P-P
LIBERA ESSE FOSFATO E A ENERGIA está na
quebra da ligação química de um P (cerca de: 10 Kcal)
Independen de onde o org. vai obter essa energia ⇒
se depende de 1 trifosfato de adenosina ⇒ 20Kcal ⇒
moeda corrente instável. É BAIXO, comparada à
glicose.
● Endossimbiótica⇒ Fagocita uma bac.
● cel eucariótica
2 ATP ⇒ transportar, sintética subs. org.
Aumenta o rendimento energético ⇒
MITOCÔNDRIA ⇒ realiza - três processos que
compõem a respiração celular
● No citoplasma ocorre GLICÓLISE ⇒ 2
pirúvico C3H4O3 entram na mitocôndria (NA
MATRIZ) ⇒ sofre o ciclo do ac. CÍTRICO (
ciclo de KREBS- QUE OCORRE NA matriz
Espaço intermembranoso
diferença de concentração na matriz e no espaço extra
função do ciclo de krebs ⇒ não é produzir atp (pois de
uma mol. produz um atp - rendimento baixo)
● PRODUÇÃO DE PRÓTONS E ELÉTRONS (
que serão carregados pelo NAD E PELO FAD
para a crista mitocondrial que vai ter a cadeia
respiratória (fosforilação..) onde esses elétrons
trabalham na proteína que fiquem rodando e
produzem atp (NA CRISTA FICA
BOMBEANDO atp )
Mitocôndria e Metabolismo Energético
Video:How Mitochondria Produce Energy
Na membrana interna⇒ 4 proteínas ( que tem função de
transportar elétrons
● NAD chega e é oxidado 38:30
● BOMBEIAM CONTRA O GRADIENTE DE
CONCENTRAÇÃO ⇒ deve ir para o espaço
intermembranoso
Proteína 2 ⇒ só entregar os elétrons
Energia Celular
Citoplasma
❖ Glicogense ⇒ sintese do glicogenio
(carboidrato de armazenamento energético)
Maria Gabi C. Cabral T7
https://www.youtube.com/watch?v=39HTpUG1MwQ
Mitocôndrias
❖ Glicogenol
Mitocôndria
Metabolismo e Disfunções Mitocondriais
• DOENÇA DE VON GIERKE (1929 – patologista
Edgar Von Gierke)
Glicogenose
● Tipo I ⇒ desordem metabólica hereditária, de
caráter autossômico recessivo, que leva ao
acúmulo de glicogênio;
✔ Defeito na enzima glicose-6-fosfatase;
✔ Resulta na ausência de produção de glicose a partir
das reservas de glicogênio hepático (glicogenólise);
✔ As manifestações clínicas são decorrentes do
acúmulo de glicogênio nos tecidos e incluem:
• Severa hipoglicemia;
• Convulsões;
• Sangramentos;
• Fadiga;
•Irritabilidade;
• Distúrbio de crescimento;
• Xantomas cutâneos;
• Acentuação da lordose;
• Hipertrofia hepática e renal, em decorrência do
acúmulo de glicogênio que não está sendo degradado;
• Acidose láctica;
• Hiperlipidemia.
Mitocôndria e Outras funções
Mitocôndria: Caracterização
• Mitos = filamento, Condria = partícula;
✔ Organelas de forma arredondada ou alongada
presentes no citoplasma;
✔ Participam da Respiração Aeróbia e de diversas
outras funções (síntese de hormônios esteroides e o
desencadeamento da apoptose);
✔ Possuem diâmetro aproximado de 0,5 a 1,0 μm,
variando o comprimento desde 0,5 até 10 μm;
✔ Se distribuem por todo citoplasma mudando
constantemente de posição pela atividade motora das
proteínas do citoesqueleto.
• ONDE SE LOCALIZAM? – (Observação
Microscópica)
✔ São encontrados acúmulos de mitocôndrias nas
células da retina;
✔ Nas células que transportam íons, como é o caso das
células dos túbulos contorcidos proximais;
✔ Nas células transportadoras de íons está associada a
abundantes dobras da membrana plasmática, o que
aumenta a área por onde tem lugar o transporte iônico
(Membrana ricas em ATPase).
• ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL E FUNCIONAL
✔ Duas membranas (bicamadas de fosfolipídios) –
externa e interna, que envolvem um espaço interno
(matriz mitocondrial)
• MEMBRANA EXTERNA - glicoproteica
✔ É lisa e muito permeável a diversos tipos de
moléculas com peso abaixo de 5 kDa;
✔ Apresenta proteínas intercaladas na membrana –
PORINAS (formam canais com diâmetro de 1 nm).
• MEMBRANA INTERNA - glicolipídica
✔ Impermeável, contém os componentes da cadeia de
transporte de elétrons;
✔ Transporte transmembrana de prótons;
✔ Apresenta invaginações geralmente em forma de
prateleiras, formando as cristas, que aumentam muito a
superfície dessa membrana.
espaço gelatinozo ⇒ pega a mol. de piruvato ⇒
• CONSTITUIÇÃO MOLECULAR DAS
MEMBRANAS MITOCONDRIAIS
Maria Gabi C. Cabral T7
Mitocôndrias
✔ Está de acordo com a possível origem evolutiva
dessas organelas a partir de bactérias simbiontes que se
instalaram no citoplasma;
✔ A membrana externa é parecida com membrana
citoplasmática de células eucariontes;
✔ A membrana interna tem muita semelhança com a
membrana das bactérias, e como estas, contém o sistema
de transferência de energia para ATP.
✔ Na superfície da membrana interna que está voltada
para o interior da mitocôndria, existem pequenas
partículas em forma de raqueta – CORPÚSCULOS
ELEMENTARES:
- Contém complexo proteico com atividade de
ATP-sintetase;
- Geram ATP e calor.
• MATRIZ MITOCONDRIAL
✔ No interior da mitocôndria, encontra-se uma
substância finamente granulosa e elétron-densa;
✔ Contém filamentos de DNA, ribossomos (15 nm de
diâmetro);
✔ Trata-se de um complexo concentrado de centenas de
enzimas, entre as quais estão relacionadas com o ciclo
do ácido cítrico, com a β-oxidação de ácidos graxos e
com a replicação, transcrição e tradução do DNA
mitocondrial.
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Mitocôndrias
Energia Celular
• QUAL A MOEDA CORRENTE DE ENERGIA
QUÍMICA DAS CÉLULAS?
✔ O citoplasma contém energia acumulada nos
depósitos de:
ENERGIA ESTÁVEL E CONCENTRADA; A
obtenção de ATP é muito mais difícil.
1. Moléculas de triacilglicerídeos (gorduras neutras)
2. Moléculas de glicogênio
COMPOSTO INSTÁVEL QUE NÃO CONTÉM
ENERGIA TÃO CONCENTRADA
3. Compostos intermediários
✔ ATP (Adenosine Triphosphate) – Trifosfato de
Adenosina
• PRINCIPAL COMBUSTÍVEL DA CÉLULA
Composto por:: Grupos fosfato+ADENINA+RIBOSE
ATP – tem duas ligações muito ricas em energia
Quando uma delas se rompe, libera aproximadamente 10
kcal/mol
ATP ADP + Pi + energia
Rendimento kcal/mol
• COMBUSTÃO DA GLICOSE – Respiração Celular
✔ Libera uma quantidade de energia e consome O2;
✔ A glicose é decomposta em água e gás carbônico:
C6H12O6 + 6O2 6CO2+ 6H2O + calor (energia) (690
kcal/mol)
• DEGRADAÇÃO DO ATP
• A hidrólise das duas ligações ricas em energia do ATP
rende somente 20 kcal/mol.
• COMO A CÉLULA OBTÉM O ATP?
✔ Provém da ruptura gradual de ligações covalentes de
moléculas decompostos orgânicos ricos em energia
(GLICOSE e ÁCIDOS GRAXOS)
✔ CITOSOL – Glicólise Anaeróbia (2 mols de ATP por
cada mol de glicose);
✔ MITOCÔNDRIAS – Fosforilação Oxidativa (36
mols de ATP por cada mol de glicose).
Glicolise Anaeróbica
✔ Transformações graduais numa molécula de Glicose,
SEM CONSUMO DE O2;
✔ Processo realizado por uma sequência de 11 enzimas
do citosol;
✔ Produz duas moléculas de PIRUVATO ⇒ MATRIZ
MITOCONDRIAL (Fosforilação Oxidativa)
✔ Libera energia que é armazenada em 2 moléculas deATP
2 ADP + 2 Pi + energia da glicose 2 ATP
✔ Nesse processo, a célula armazena 20 kcal por cada
molécula de glicose degradada;
✔ Processo pouco eficiente, pois das 690 kcal/mol
presentes na glicose, apenas 20 kcal são aproveitadas, e
as células desenvolveram, ao longo da evolução,
mecanismos mais eficazes para extração de energia dos
nutrientes. 20min
Fosforilação Oxidativa
✔ O piruvato é oxidado até se formarem água e gás
carbônico, com alto rendimento energético;
✔ Costuma-se distinguir 3 mecanismos distintos:
1. Produção de Acetilcoenzima A (Acetil-CoA)
2. Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs)
3. Sistema transportador de elétrons
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Mitocôndrias
1. Produção de Acetilcoenzima A (Acetil-CoA) –
participação do complexo enzimático desidrogenase
do piruvato
✔ A Acetil-CoA é produzida a partir da coenzima A e
de acetato originados do piruvato ou da β-oxidação dos
ácidos graxos;
✔ Piruvato e ácidos graxos atravessam as membranas
mitocondriais e na matriz, geram acetato, que se liga a
coenzima A para formar Acetil-CoA
Complexo desidrogenase do piruvato:
- Converte o piruvato em Acetil-CoA, liberando
CO2 que é eliminado da mitocôndria;
- O Acetil-CoA entra no ciclo de Krebs
2. Ciclo do Ácido Cítrico
✔ Sequência cíclica de reações enzimáticas na qual
ocorre, pela presença das desidrogenases, a produção
gradual de elétrons e prótons;
✔ Os elétrons são capturados pelo NAD
(Nicotinamida-Adenina-Dinucleotídeo); FAD (Flavina
Adenina Dinucleotídeo); e pelos citocromo, que
funcionam como transportadores de elétrons, num
processo de oxirredução.
✔ O H, resultante das reações, é liberado na matriz, sob
forma de prótons H+
✔ Inicia com a condensação do Acetil-CoA, com
ácido oxalacético, produzindo ácido cítrico.
✔ O ácido cítrico sofre uma série de modificações e
acaba produzindo ácido oxalacético, que por sua vez,
inicia o ciclo
ciclo de krebs produção de tres NADH
1 FADH2
E UM MOL DE ATP
imagemmm ⇒
➢ 1ª Etapa: Condensação – o Oxaloacetato (4C)
se junta com Acetil-CoA (2C) para formar
Citrato (6C), devido a ação da Citrato sintetase.
➢ 2ª Etapa: Desidratação (do ac. citrico) – a
enzima Aconitase vai tirar uma molécula de
água; Hidratação – a enzima Aconitase vai
introduzir uma molécula de água novamente
dando origem ao Isocitrato.
em que mometo desse ciclo é produzido ATP ?
➢ 3ª Etapa: Descarboxilação oxidativa – o
Isocitrato vai sofrer ação da Isocitrato
desidrogenase; O NAD+ ganha um H, formando
NADH + H+; Além disso haverá saída de uma
molécula de CO2, formando uma molécula de
α-Cetoglutarato. ####SINTESE DE ATP
➢ 4ª Etapa: Descarboxilação oxidativa – o
α-Cetoglutarato vai sofrer ação da
α-Cetoglutarato desidrogenase; O NAD+ ganha
um H, formando NADH + H+; Além disso
haverá saída de uma molécula de CO2, e entrada
de uma molécula de CoA, formando uma
molécula de Succinil-CoA.
➢ 5ª Etapa: Degradação de Succinil-CoA – por
ação da enzima Succinil-CoA sintetase,
formando Succinato - Libera molécula de ATP
➢ 6ª Etapa: Desidrogenação – succinil
desidrogenase transforma succinato em
fumarato; - Forma-se FADH2
➢ 7ª Etapa: Hidratação – a fumarase realiza
hidratação do fumarato transformando-o em
Malato
➢ 8ª Etapa: Desidrogenação – malato
desidrogenase transforma malato em por
processo de oxidação a oxaloacetato
importante saber:
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Mitocôndrias
✔ ###RESULTADO FINAL DO ÁCIDO CÍTRICO
- DESIDROGENASES levam à produção de H, que dará
prótons e elétrons;
- DESCARBOXILASES levam à produção de CO2;
- Reação exoenergética que promove a síntese de 2 mols
de ATP/mol de Glicose consumida.
✔ FUNÇÃO
- Produzir elétrons com alta energia e prótons, gerando
CO2;
- Seu rendimento energético é baixo;
- Fornecer metabólitos que serão usados para a síntese
de aa e hidratos de carbono.
3. O sistema transportador de elétrons
✔ Cadeia formada por enzimas e compostos
não-enzimáticos, cuja função é transportar elétrons;
✔ Citocromos – transportador (compostos orgânicos
ricos em ferro).
Alem dos citocromo ⇒ COENZIMA Q -
VIDEO
✔ Ao longo da cadeia (oxidação fosforilativa) os
transportadores de elétrons de alta energia vão
gradualmente cedendo essa a energia, que é veiculada
para 3 lugares determinados da cadeia, onde ocorre
síntese de ATP;
✔ Esse processo é eficiente e produz 36 mols de ATP
por mol de glicose consumida.
✔ 3 locais nos quais a energia liberada pela oxidação é
gradualmente transferida para ATP graças a fosforilação
do ADP;
✔ Nesses locais ocorre o acoplamento:
- da liberação de energia
- com o seu armazenamento por fosforilação
Dinitrofenol – desacoplam essa transferência de energia
(bloqueia a síntese de ATP!
✔ Ao chegarem no fim do sistema transportador, os
elétrons ativam moléculas de O-, graças a um sistema
enzimático (citocromo-oxidase);
✔ O- (oxigênio com elétron a mais) combina-se com
prótons (H+),
produzindo água.
IMPORTANTE:
Energia Celular
• DE ONDE DERIVAM AS MITOCÔNDRIAS DOS
MAMÍFEROS?
✔ São derivadas das mitocôndrias do óvulo e, portanto,
de origemexclusivamente materna.
• EXISTEM DOENÇAS CAUSADAS POR DEFEITOS
NAS MITOCÔNDRIAS?
✔ Devido a mutações do DNA mitocondrial:
❖ Doença de Luft
❖ Miopatia mitocondrial infantil
❖ Diabetes mitocondrial
Correlação clínica
• Devido a mutações do DNA mitocondrial:
Doença de Luft
- Aumento na quantidade de mitocôndrias no tecido
muscular esquelético, e também aumento no
metabolismo basal do doente;
- Nesses doentes, a oxidação fosforilativa está
parcialmente desacoplada, formando-se pouco ATP e
mais calor.
Miopatia mitocondrial infantil
Maria Gabi C. Cabral T7
https://www.youtube.com/watch?v=LQmTKxI4Wn4
Mitocôndrias
- Doença fatal, acompanhada de lesões nos músculos
esqueléticos e disfunção renal (resultante da diminuição
acentuada, ou mesmo ausência completa das enzimas da
cadeia transportadora de elétrons);
Referências Bibliográficas
•ALBERTS, B.; BRAY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M.;
ROBERTS, K.; WATSON, J.D.
Molecular Biology of the Cell. 4a. ed., Garland Science,
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• ALBERTS, B. et al., Molecular Biology of the Cell. 5a.
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• LODISH, H.; BERK, A.; ZIPURSKY, S.L.;
MATSUDAIRA,P.; BALTIMORE, D.;
DARNELL, J. Molecular Cell Biology . 4a.ed.,
Freeman, New York, NY.2001.
• NELSON, L.D.; COX, M.M. Lehninger Principles of
Biochemistry. 3a. ed., Worth
Publishers, USA. 2000.
• JUNQUEIRA, Luiz Carlos Uchôa; CARNEIRO, José,
Biologia celular e molecular.
Editora(s) Guanabara Koogan, 9.ed, 2012.
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