Buscar

Introdução às Mitocôndrias

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 7 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 6, do total de 7 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

Mitocôndrias 
Introdução 
As mitocôndrias, presentes em todas as células eucariontes, são organelas envoltas por membranas e 
que convertem energia em formas que possam ser utilizadas para dirigir as reações celulares. 
Quando a glicose é convertida em piruvato (glicólise), duas moléculas de ATP são produzidas: o piruva-
to é importado para a mitocôndria e oxidado pelo oxigênio molecular (O2) a CO2 e H2O, com produção de cer-
ca de 36 moléculas de ATP / molécula de glicose oxidada. 
Essa organela geralmente ocupa grande fração do volume celular total (vide tabela). 
A característica morfológica marcante das mitocôndrias, é a grande quantidade de membranas inter-
nas; essas membranas têm papel crucial na função das organelas conversoras de energia, por proporcionarem 
um suporte aos processos de transporte de elétrons. 
Embora a morfologia básica da mitocôndria seja característica, inúmeras variações podem ocorrer, em 
função da espécie em estudo, do tecido ou órgão, atividade funcional e fisiológica, etc. 
Ultra-estrutura das Mitocôndrias 
As mitocôndrias são normalmente descritas como cilindros alongados, com diâmetro de 0,5 a 1 µm e 
comprimento de 6 a 10 µm, assemelhando-se a bactérias. 
O termo “mitocôndria” foi introduzido por Benda (1902) para descrever certos componentes filamen-
tosos ou granulares, observados em células vivas. 
Em certas células, as mitocôndrias são notavelmente móveis e plásticas, mudando constantemente su-
as formas e mesmo fundindo-se uma as outras e separando-se novamente. 
Em outras células, permanecem fixas em determinados locais, fornecendo ATP diretamente aos sítios 
onde há grande consumo do mesmo (Ex: flagelo dos espermatozoides, célula muscular cardíaca). 
As mitocôndrias parecem estar associadas aos microtúbulos, os quais determinam possivelmente, suas 
orientações e distribuições, pelas células. 
Cada mitocôndria é limitada por duas membranas altamente especializadas com funções vitais para a 
atividade mitocondrial. Juntas, elas definem dois compartimentos separados: o espaço interno da matriz e o 
espaço intermembranas, bem mais estreito. 
Fracionamento Celular 
Através do Fracionamento Celular, a composição bioquímica de cada uma das membranas e dos espa-
ços por elas delimitados foram determinados. 
 
Ultra-Estrutura 
Membrana Externa 
Com espessura de 7nm, contém uma grande proteína formadora de canais, denominada porina, o que 
torna a membrana externa permeável a todas as moléculas de 5.000 D. ou menos; 
Outras enzimas pré-existentes estão envolvidas: 
1. Na síntese de lipídios mitocondriais; 
2. Convertem substratos lipídicos em formas que possam ser subsequentemente, metabolizados na 
matriz. 
Espaço Intermembrana 
Este espaço contém varias enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para fosforilar outros nu-
cleotídeos. 
O espaço intermembrana é quimicamente equivalente ao citosol. 
Membrana Interna 
A membrana interna, com 5nm de espessura, contém proteínas com três tipos de funções: 
1. Aquelas que conduzem as reações de oxidação da cadeia respiratória; 
2. Um complexo enzimático, chamado ATP sintetase, que produz ATP na matriz; 
3. Proteínas transportadoras específicas, que regulam a passagem de metabólitos para dentro e para 
fora da matriz. 
Ela contém uma alta proporção do “duplo” fosfolipídio cardiolipina, constituído de 4 ácidos graxos, que 
ajuda a tornar a membrana especialmente impermeável a íons. 
A membrana interna é geralmente retorcida, formando uma série de reentrâncias na matriz, denomi-
nadas cristas. As cristas aumentam grandemente a área da membrana interna. 
O número de cristas é três vezes maior nas mitocôndrias das células cardíacas (onde é grande a de-
manda de ATP) do que nas células hepáticas (onde o consumo de ATP é menor). 
Há diferenças marcantes entre as enzimas mitocondriais de diferentes tipos celulares. 
Matriz 
A matriz contém centenas de enzimas, incluindo aquelas necessárias à oxidação do piruvato e ácidos 
graxos e para o ciclo do ácido cítrico. 
Contêm grânulos elétrons-densos, sendo proeminentes e encontrados mais frequentemente, nos teci-
dos que transportam maiores quantidades de água e íons; 
 Os grânulos densos medem 20 a 50 nm de diâmetro sendo que eles provavelmente contêm cálcio, 
magnésio, fósforo e material inorgânico. 
 A matriz contém ainda, várias cópias idênticas do DNA mitocondrial, ribossomos especiais, tRNAs, e várias 
enzimas requeridas para a expressão dos genes mitocondriais. 
GENOMA de Mitocôndrias 
As células devem gerar novas organelas citoplasmáticas se quiserem crescer e dividir. Devem também, 
substituir aquelas organelas que estão degradadas como parte do processo contínuo de rotatividade de orga-
nelas. 
A Biossíntese de mitocôndrias envolve a contribuição de dois sistemas genéticos separados. 
A maioria das proteínas mitocondriais é codificada pelo DNA nuclear e importadas para a organela, de-
pois de serem sintetizadas pelos ribossomos citosólicos. 
O tráfego é unidirecional: Citosol  Organela. 
Algumas proteínas são codificadas pelo DNA mitocondrial e sintetizadas pelos ribossomos dentro da 
organela. 
Resumo da ação de inibidores sobre a biossíntese de proteínas em mitocôndrias. 
Crescimento e Divisão das Mitocôndrias 
As mitocôndrias nunca são formadas de novo; sempre se originam pelo crescimento e pela divisão das 
pré-existentes. 
Cada organela deve dobrar a sua massa e então se dividir ao meio, uma vez a cada geração celular. 
Na maioria das células, a mitocôndria divide-se durante a interfase; contrariamente, a replicação do 
DNA não está limitada a fase S, mas ocorre ao longo do ciclo celular. 
As moléculas individuais de DNA aleatoriamente se replicam, ou seja, num dado ciclo celular, algumas 
podem se replicar mais de uma vez e outras simplesmente não se dividem. 
Moléculas de DNA circular 
As moléculas de DNA das mitocôndrias são relativamente pequenas e simples e, exceto para os geno-
mas mitocondriais de algumas algas e protozoários, são circulares. 
As mitocôndrias contêm múltiplas cópias da molécula de DNA, normalmente distribuídas na matriz 
desta organela e supostamente presa à membrana interna. 
A estrutura do DNA assemelha-se mais àquela das bactérias do que à cromatina dos eucariontes. NÃO 
HÁ HISTONAS. 
 
Tamanho dos Genomas das Mitocôndrias 
Tipo de DNA Tamanho (milhares de pares de nucleotídeos) 
Animais (incluindo planárias, insetos e mamíferos) 16 a 19 
Vegetais Superiores 150 a 2500 
(Fungos): Schizosaccharomyces pombe 17 
(Fungos): Aspergillus nidulans 32 
(Fungos): Neurospora crassa 60 
(Fungos): Saccharomyces cerevisae 78 
(Algas Verdes): Chlamydomonas 16 (linear) 
(Protozoários): Tryanosoma brucei 22 
(Protozoários): Paramesium 40 (linear) 
 
Quantidades Relativas do DNA de Mitocôndrias em Algumas Células e Tecidos 
Organismo 
Tecido ou Tipo de 
Célula 
Moléculas de DNA 
por Mitocôndria 
Mitocôndrias 
por Célula 
Percentual do DNA de 
Mitocôndria/DNA Nuclear 
Rato Fígado 5 a 10 1000 1 
Levedura Vegatativa 2 a 50 1 a 50 15 
Rã Ovo 5 a 10 10000000 99 
 
Sistemas Genéticos das Mitocôndrias 
Apesar do pequeno número de proteínas codificado pelos seus genomas, as mitocôndrias conduzem 
suas próprias replicações de DNA, transcrição do DNA e síntese de proteínas. Esses processos ocorrem em sua 
matriz. 
Embora os sistemas genéticos mitocondriais sejam MENOS semelhantes àqueles das bactérias atuais, seus 
ribossomos são sensíveis a antibióticos antibacterianos e a síntese de proteínas nestas organelas também 
inicia com N-formilmetionina. 
Características Peculiares dos Genomas Mitocondriais 
Comparado com os genomas nuclear, cloroplástico e bacteriano, o genoma mitocondrial humano apresen-
ta as seguintes características : 
1. Todos os nucleotídeos parecem fazer parte de sequências codificantes,para proteínas, rRNAs ou tR-
NAs, havendo pouquissimo espaço para sequências regulatórias de DNA; 
2. Enquanto 30 ou mais tRNAs especificam aminoácidos no citosol e cloroplastos, somente 22 são reque-
ridos para a síntese mitocondrial de proteínas; 
OBS: o pareamento códon-anticódon, parece relaxado nas mitocôndrias e assim, muitos tRNAS reco-
nhecem qualquer um dos 4 nucleotídeos na terceira posição (wobble). 
3. Algumas diferenças entre o código genético “Universal” e o código genético “Mitocondrial”. 
 
Diferenças: Código Genético Universal e Código Genético Mitocondrial 
 Códigos Mitocondriais 
Códon C. Universal Mamíferos Drosophila Leveduras Plantas 
UGA Terminação Trp Trp Trp Terminação 
AUA Ile Met Met Met Ile 
CUA Leu Leu Leu Thr Leu 
AGA 
AGG Arg Terminação Ser Arg Arg 
 
Sombreamento Colorido indica que o C. Mitocondrial difere do C. Universal 
 
Em resumo: provavelmente, o pequeno número de proteínas codificadas pelo genoma mitocondrial per-
mite que uma ligeira mudança ocasional no significado de um códon raro seja tolerável, ao passo que, mudan-
ças em um grande genoma (como o nuclear) alteraria a função de muitas proteínas e consequentemente, des-
truiria a célula. 
Alguns Genes de Organelas contêm Intron 
Os genomas mitocondriais são muito maiores em células vegetais do que em células animais; mesmo 
assim, os genomas das vegetais codificam algumas poucas proteínas a mais do que aqueles das células ani-
mais. 
Nas células humanas, ambas as fitas do DNA mitocondrial são transcritas na mesma proporção, produ-
zindo duas moléculas gigantes de RNA: 
1. a fita pesada (P) – fornece os 2 rRNA, a maior parte dos tRNA e cerca de 10 mRNA contendo caudas 
de poli-A, na extremidade - 3’; 
2. a fita leve (L) – produz 8 tRNA e um pequeno mRNA, com cauda poli-A, também na extremidade - 3’; 
os 90% restantes da transcrição, aparentemente não contém qualquer informação útil e é degradado. 
Diferentemente dos genes mitocondriais humanos, alguns genes mitocondriais vegetais e de fungos 
contêm íntrons (surpreendente por não ser comuns em bactérias). 
Suposta Rota Evolutiva para a Origem das Mitocôndrias. 
Mitocondrias e Cloroplastos evoluiram de bactérias endocitadas há mais de um bilhão de anos. 
Hipótese Endossimbiótica – células eucarióticas iniciaram suas existências como organismos anaeróbi-
cos, sem mitocôndrias (ou cloroplastos), e então estabeleceram uma relação endossimbiótica com uma bacté-
ria . 
Parece claro que uma extensa transferência de genes ocorreu do DNA mitocondrial para o DNA nucle-
ar, durante a evolução eucariótica. 
Que tipo de bactéria originou as mitocôndrias ? 
É provável que as mitocôndrias sejam descendentes de um tipo particular de bactéria púrpura fotossin-
tetizante que perdeu a habilidade de conduzir a fotossíntese , tendo remanescido com somente uma cadeia 
respiratória. (Fig. 14.60) 
Herança Mitocondrial 
Leveduras – quando duas células haplóides cruzam, elas são equivalentes em tamanho e contribuem com 
quantidades equivalentes de DNA mitocondrial para o zigoto – é a herança mitocondrial biparental. 
Animais Superiores – o óvulo sempre contribui com muito mais citoplasma para o zigoto do que o espermato-
zóide – é a herança mitocondrial uniparental (ou, mais precisamente, maternal). 
Importação de Lipídios pelas Mitocôndrias 
As mitocôndrias importam a maior parte dos seus lipídios. 
Em células animais, os fosfolipídios fosfatidilserina e fosfatidilcolina são sintetizados no retículo endo-
plasmático e transferidos para a membrana externa das mitocôndrias. 
As mitocôndrias: 
1. Descarboxila a fosfatidilserina importada em fosfatidiletanolamina; 
2. Faz a conversão dos lipídios importados em cardiolipina (bifosfatidilglicerol) – fosfolipídio “duplo” 
que contêm 4 caudas de ácidos graxos, encontrados na membrana mitocondrial interna, constituindo 
cerca de 20% dos lipídios. (12.23) 
As origens dos RNAs e Proteínas Mitocondriais 
Variações Morfológicas das Mitocôndrias 
Cristas Mitocôndrias 
As cristas são vistas como um sistema de lâminas membranosas ou estruturas em forma de placas, ori-
ginando-se da membrana interna e atravessando, por uma extensão variável, a largura da organela. 
Existe uma extreita correlação entre atividade metabólica de um tecido e o número e tamanho da mi-
tocôndria, bem como, do número, área de superfície e concentração de cristas. 
Geralmente, pode-se resumir que grandes mitocôndrias com abundantes cristas ocorrem em: 
1. tecido adiposo marrom – onde a energia é necessária para a síntese de lipídio para estoque e, poste-
riormente, quebrado para auxiliar no aquecimento e elevação da temperatura do corpo, durante o 
despertar da hibernação; 
2. vários epitélios – onde a energia é necessária para o transporte ativo de íons, através da membrana 
plasmática (ex; Túbulos renais); 
3. tecido muscular – continuamente ativo e com alta demanda de energia, como aquele do coração e 
diafragma. 
 Tipos de Cristas 
As mitocôndrias exibem muitas variações de forma e estrutura interna, a maioria das quais são depen-
dentes do tipo e orientação das cristas. 
Concêntricas, Crescentes e Anulares – Mitocôndrias contendo cristas, as quais, em cortes ultra-finos apresen-
tam-se crescentes, anular, espiral ou concêntrica têm sido vistas em tecidos normais. As concêntricas, foram 
observadas em axônio de lagosta, espermátides de cobras, miocárdio de diversos mamíferos e palato mole de 
rato. As mitocôndrias com cristas crescentes foram vistas nas células luteínicas da teca ovariana de camun-
dongas e, aquelas com cristas anulares, descritas no córtex da adrenal de vacas. 
Fenestradas – mitocôndrias com cristas fenestradas são de ocorrência rara, sendo descritas no miocárdio de 
musaranhos, pardais e canários e no palatino do rato. 
 
Ziguezague – mitocôndrias com cristas anguladas ou ziguezague foram vistas em várias células, como; ameba 
gigantes P. carolinensis, wilson; ventrículo e átrio de gatos e músculo palatino de ratos. 
 
Longitudinais – nestas mitocôndrias, as cristas alinham-se paralelamente ao maior eixo da organela, podendo 
ser completa – quando vai de uma extremidade a outra – e incompleta – em um ou ambos os polos, contêm 
cristas orientadas transversalmente associadas àquelas arranjadas longitudinalmente. Presentes em casos 
patológicos 
Prismáticas – este termo é aplicado para as cristas que, em cortes transversais, apresentam contornos triangu-
lares ou romboidal e, naqueles longitudinais, em modelo de fitas paralelas. Foram descritos em células secre-
toras de muco da glândula salivar da cobra L. stagnalis L., astrócitos do cérebro de hamsters e gatos, entre 
outros. 
Associações 
Existem muitos exemplos onde podemos observar a ocorrência de uma íntima associação entre as Mi-
tocôndrias e outras organelas e inclusões celulares. 
A mais frequente é com as gotas lipídicas, em uma variedade de tecidos, especialmente, no miocárdio, 
fígado, pâncreas e tecido adiposo marrom. 
Outro exemplo: Mitocôndria e Retículo Endoplasmático Rugoso - esta última circunda parcial ou quase 
completamente a mitocôndria, persistindo apenas uma pequena zona de citoplasma entre elas. Ocorre mais 
frequentemente, em células com ativa síntese protéica (pâncreas). 
Uma das associações marcantes é com os Miofilamentos. Em cortes longitudinais do tecido muscular 
esquelético e cardíaco as Mitocôndrias apresentam-se em fileiras justapostas aos filamentos, enquanto que, 
nas secções transversais através da região da Banda-I, anéis ou cintas destas organelas rodeiam grupos de 
miofilamentos. 
Outros exemplos de proximidade das mitocôndrias com sítios de utilização de energia : 
1. Junções sinápticas de axônios, durante a transmissão do impulso; 
2. Nas espermátides de ratos, para a síntese de acrossomo; 
3. Nas células ciliadas, para o movimento ciliar. 
InclusõesIntramitocondriais 
Glicogênio – inclusões de glicogênio nas mitocôndrias parecem morfologicamente, similares aos depósitos 
comuns que ocorrem no citoplasma. 
Normalmente, tais inclusões consistem de monopartículas de glicogênio (β-glicogênio, 15 a 35 µm de 
diâmetro) ou, as vezes, rosetas (α-glicogênio, 60 a 90 µm de diâmetro) são vistos. 
As inclusões de glicogênio estão presentes, na forma de pequenos ou grandes depósitos, quase exclu-
sivamente, no compartimento externo da mitocôndria. 
 
Lipídios – inclusões de lipídio nas mitocôndrias têm sido caracterizados pela ausência de membrana limitante, 
de aparência amorfa, com uma elétron densidade variando de média para alta e formato redondo ou irregu-
lar. 
As inclusões lipídicas, simples ou múltiplas, morfologicamente, são similares àquelas presentes no cito-
plasma de várias células. 
 
Cristalinas – inclusões cristalinas, geralmente assumidas serem de proteínas, tem sido observadas em vários 
compartimentos da célula, tais como o núcleo, citoplasma e mitocôndria. 
Embora sua estrutura seja muito variável, a característica marcante destes cristais, é seu modelo de 
organização interna, altamente ordenado. 
Cristais intramitocondriais têm sido notados em várias células e tecidos normais e patológicos. 
Grânulos densos 
Como dito anteriormente, grânulos elétrons-densos mitocondriais, variam em tamanho (25 nm a 120 
nm) e número nos diversos tecidos e, mesmo, em diferentes estados fisiológicos de um mesmo tecido. 
Os grânulos são aproximadamente esféricos, osmofílicos, estando livres na matriz ou, frequentemente, 
associados com a membrana das cristas. 
Os cátions divalentes (principalmente o íon cálcio) podem ser retidos nas mitocôndrias, em duas for-
mas possíveis: 
1. Ligados ao fosfato orgânico na forma de grânulos pré-existentes na matriz (quando apresentado em 
pequena quantidade); 
2. Como um precipitado inorgânico de novo (grandes quantidades). 
A função dos grânulos ainda é um assunto controvertido; foi sugerido que eles atuam na regulação do 
meio iônico interno da mitocôndria. 
Fusão de Mitocôndrias 
Em certos tipos celulares, duas ou mais mitocôndrias podem se contatar e fundirem-se em uma gigan-
te; porém, este evento parece ter pouco significado fisiológico. O exemplo marcante de fusão mitocondrial 
ocorre na espermiogenese de insetos, com a formação de uma grande massa esférica, denominada de neben-
kern. 
 
	Introdução
	Ultra-estrutura das Mitocôndrias
	Fracionamento Celular
	Ultra-Estrutura
	Membrana Externa
	Espaço Intermembrana
	Membrana Interna
	Matriz
	GENOMA de Mitocôndrias
	Crescimento e Divisão das Mitocôndrias
	Moléculas de DNA circular
	Tipo de DNA
	Percentual do DNA de
	Mitocôndrias por Célula
	Moléculas de DNA por Mitocôndria
	Tecido ou Tipo de Célula
	Organismo
	Mitocôndria/DNA Nuclear
	Sistemas Genéticos das Mitocôndrias
	Características Peculiares dos Genomas Mitocondriais
	Códigos Mitocondriais
	Plantas
	Arg
	Leveduras
	Drosophila
	Mamíferos
	C. Universal
	Códon
	Sombreamento Colorido indica que o C. Mitocondrial difere do C. Universal
	Alguns Genes de Organelas contêm Intron
	Suposta Rota Evolutiva para a Origem das Mitocôndrias.
	Que tipo de bactéria originou as mitocôndrias ?
	Herança Mitocondrial
	Importação de Lipídios pelas Mitocôndrias
	As origens dos RNAs e Proteínas Mitocondriais
	Cristas Mitocôndrias
	Tipos de Cristas
	Associações
	Inclusões Intramitocondriais
	Grânulos densos
	Fusão de Mitocôndrias

Outros materiais

Materiais relacionados

Perguntas relacionadas

Perguntas Recentes