Mitocôndrias

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Papel das Mitocôndrias na
Transformação e Armazenamento
de Energia
As células não usam diretamente a energia liberada dos hidratos de
carbono e gorduras, mas se utilizam de um composto intermediário,
adenosina-trifosfato (ATP) geralmente produzido da energia contida
nas moléculas de glicose e de ácidos graxos.
• Nos animais os ácidos graxos do ponto de vista
quantitativo são uma fonte de energia muito mais
importante do que os carboidratos.
• Enquanto a glicose gera 38 mols de ATP, o ácido
palmítico gera 126 mols de ATP.
• Quando em repouso as células usam mais glicose mas
durante o exercício físico a célula usa ácidos graxos
depositados nas gorduras.
• No citoplasma existe energia armazenada na forma de
glicogênio, triacilglicerídeos e na forma de compostos
intermediários onde o principal é o ATP.
• O glicogênio e triacilglicerídeos representam acúmulo de
energia sob a forma mais estável, mas dificilmente
acessível, ao passo que o ATP é um composto instável e
facilmente utilizável porque a enzima que rompe a
molécula de ATP (ATPase) é muito abundante na célula.
• A decomposição de glicose em água e gás carbônico,
ocorre durante a respiração celular, rende 690 Kcal/mol,
enquanto a hidrolise da duas ligações ricas em energia do
ATP rende somente 20 Kcal/mol.
• A queima da glicose libera uma quantidade certa de
energia e consome oxigênio, segundo a equação:
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + calor (energia)
• A combustão de glicose é um processo violento que leva
a um grande acúmulo de calor.
• Porquê quando isso ocorre no interior de uma célula ela
não queima instantaneamente?
Porque as células desenvolveram um sistema que oxida
lentamente os nutrientes, liberando a energia
gradualmente, e produzindo CO2 e H2O. Este processo
que consome O2 e produz CO2 chama-se respiração
celular.
As células utilizam dois mecanismos para retirar energia
dos nutrientes: a glicólise anaeróbia, que tem lugar no
citosol, e a fosforilação oxidativa, que se realiza nas
mitocôndrias.
GLICÓLISE ANAERÓBIA
Quando o suprimento de O2 é inadequado, como, por
exemplo, em uma célula muscular sob contração vigorosa,
o piruvato produzido pela glicólise é convertido em
lactato, algumas bactérias lácticas também fazem este
tipo de fermentação. Em leveduras o piruvato é convertido
em etanol.
Passo 1:
A glicose é fosforilada pelo ATP para formar um açúcar
fosforilado. A carga negativa do fosfato previne a
passagem do açúcar fosforilado pela membrana
plasmática, prendendo a glicose dentro da célula.
Passo 2:
Um rearranjo facilmente reversível da estrutura química
(isomerização) transfere o oxigênio da carbonila do
carbono 1 ao carbono 2, formando uma cetose a partir de
uma aldose.
Passo 3:
O novo grupo hidroxila do carbono 1 é fosforilado pelo
ATP, preparando para a formação dos açúcares de 3
carbonos fosforilados. A entrada de açúcares na
glicólise é controlada, nessa etapa, pela regulação
da enzima fosfofrutoquinase.
Passo 4:
O açúcar de 6 carbonos é clivado produzindo duas
moléculas de três carbonos. Somente o gliceraldeído-3-
fosfato poderá prosseguir imediatamente pela glicólise.
Passo 5:
O outro produto do passo 4, diidroxiacetona fosfato, é
isomerizado para formar gliceraldeído 3-fosfato.
Passo 6:
As duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato são
oxigenadas. A fase de geração de energia da
glicólise inicia com a formação de NADH e uma nova
ligação anidrido, de alta energia, no fosfato.
Passo 7:
A transferência do grupo fosfato de alta energia
gerada no passo 6 à ADP leva a formação de ATP.
Passo 8:
A ligação fosfodiéster remanescente no 3-
fosfoglicerato, que tem uma energia livre de hidrólise
relativamente baixa, é transferida do carbono 3 ao
carbono 2 para forma 2-fosfoglicerato.
Passo 9:
A remoção da água do 2-fosfoglicerato cria uma
ligação fosfoenólica de alta energia.
Passo 10:
A transferência do grupo fosfato de alta energia
gerado no passo 9 à ADP forma ATP, completando a
glicólise.
DEGRADAÇÃO ANAERÓBIA DO PIRUVATO
Fermentação levando a produção de lactato:
Fermentação levando a produção de etanol:
Fosforilação oxidativa: formação de ATP pela utilização
da energia de elétrons obtidos da oxidação de diversos
substratos .
As vias metabólicas gerais para a produção de acetil-
CoA a partir de açúcares e gorduras:
A glicólise e o ciclo do ácido cítrico fornecem os precursores necessários
para a síntese de diversas moléculas biológicas importantes.
• As células obtêm a maior parte da sua energia a partir
de um mecanismo baseado em membranas.
• A geração de ATP é produzida por um processo
baseado em membranas nas mitocôndrias,
cloroplastos e membranas celulares de muitas
bactérias.
• Na mitocôndria o processo consiste de dois estágios
interligados, ambos conduzidos por complexos
protéicos embebidos em uma membrana:
- Cadeia transportadora de elétrons com bombeamento
de prótons da matriz mitocondrial para o espaço
intermembranas gerando um gradiente eletroquímico
de prótons;
- Transporte de prótons de volta a matriz que é
aproveitado pela ATP-sintase para produzir ATP.
H2O
A principal conversão de energia catalisada pela
mitocôndria.
A equação líquida para este processo de
transferência de elétrons é:
NADH + ½ O2 + H
+  NAD+ + H2O 
Uma mitocôndria possui dois compartimentos
delimitados por membranas
Membrana
externa
Membrana
Interna com
invaginações
Espaço
intermembranas
Matriz
mitocondrial
Matriz
Membrana
interna
Membrana
externa
Espaço
intermembranas
• Os elétrons são transferidos ao longo de uma cadeia de proteínas na
membrana mitocondrial interna.
• A transferência de elétrons ocorre por intermédio de três complexos
enzimáticos respiratórios na membrana mitocondrial interna.
Cada um dos complexos enzimáticos respiratórios acopla a energia
liberada pela transferência de elétrons por intermédio deles a uma
captação de prótons da água (H2O  H
+ + OH-) na matriz
mitocondrial, seguido pela sua liberação no espaço intermembranas.
O gradiente eletroquímico de prótons através da membrana
mitocondrial interna é utilizado para promover a síntese de ATP. O
dispositivo que torna isso possível é uma grande enzima ligada à
membrana chamada de ATP-sintase.
ATP-sintase: a enzima é composta de uma porção “cabeça” a F1ATPase e
um carreador transmembrânico de H+, chamado F0. São ambos formados
de múltiplas subunidades. A parte ATPase produz a hidrólise de ATP
quando destacada da porção transmembrânica.
Alguns dos processos de transporte ativo dirigidos pelo
gradiente eletroquímico de prótons através da membrana
mitocondrial interna.
Resumo do metabolismo gerador de energia das mitocôndrias. 
Como explicar a diferença no saldo final de ATP entre
as bibliografias utilizadas como livro texto, por
exemplo, na oxidação de uma molécula de glicose?
Alberts: (30 ATPs)
• Cada par de elétrons doados pelo NADH produzido
nas mitocôndrias fornece energia para a formação de
2,5 moléculas de ATP, uma vez considerada a energia
do transporte dessa ATP para o citosol. A fosforilação
oxidativa também produz 1,5 moléculas de ATP por par
de elétrons do FADH2, ou de moléculas de NADH
produzidas pela glicólise no citosol.
Junqueira: (38 ATPs)
• Não cita quantos ATPs são produzidos por NADH,
FADH2 em nenhuma etapa.
Fonte: Alberts.
Compare esta tabela com o próximo slide da figura reproduzida do
(AMABIS & MARTHO, 2006). Biologia das células.
As mitocôndrias apresentam um genoma próprio, embora incompleto Características:
- Apresenta: DNA, RNAr, RNAt e RNAm;
- Possui: Sistema molecular necessário para a síntese de algumas
proteínas;
- Codifica RNAm formado apenas por éxons;
- O DNA mitocondrial é de origem materna;
- O DNA está na forma de várias cópias, sob a forma de anéis de cadeia
dupla;
- O genoma mitocondrial não conta com mecanismos de correção do DNA,
por esse motivo, a presença de múltiplas cópias de DNA no genoma
mitocondrial representa uma vantagem porque a mutação numa cópia
pode não gerar sintomas, em razão da atividade das cópias normais.
Proteínas da 
membrnana
Efeito do cloranfenicol sobre as mitocôndrias
Existem doenças decorrentes de defeitos no DNA mitocondrial
 Doença de Luft: aumento da quantidade de mitocôndrias no tecido
muscular esquelético , e também aumento do metabolismo basal do doente.
Essa condição pode simular hipertireoidismo . Nesses doentes, a oxidação
fosforilativa está parcialmente desacoplada, formando-se pouco ATP e mais
calor.
 Miopatia mitocondrial infantil: doença fatal, acompanhada de lesão nos
músculos esqueléticos e disfunção renal (as células musculares e renais
consomem muita energia e são ricas em mitocôndrias) é, resultante da
diminuição acentuada, ou mesmo ausência completa, das enzimas da
cadeia transportadora de elétrons.