10_MITOCONDRIAS

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MITOCÔNDRIA
Dupla
Membrana 
Externa: Superfície Lisa;
Proteínas (porinas).
Espaço Intermembranoso.
Interna: Cristas;
Enzimas de oxidação;
Matriz;
DNA Mitocondrial;
Ribossomos.
Imagem: Mariana Ruiz/public domain
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Mitocôndria
 As mitocôndrias (do grego mito: filamento e chondrion: grânulo) estão presentes no citoplasma das células eucarióticas, sendo caracterizadas por uma série de propriedades morfológicas, bioquímicas e funcionais. 
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 Organelas cilíndricas rígidas e alongadas.
 Movem-se pelo citosol freqüentemente associadas a microtúbulos.
 Formam cadeias móveis ou permanecem fixas em uma posição.
 Fornecem ATP diretamente aos sítios onde o consumo de ATP é alto
Morfologia
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Morfologia
Membrana externa
Espaço intermembranas
Membrana interna
Matriz mitocondrial
Organização geral da mitocôndria. Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, Fourth Edition.
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Eletromicrografia de uma mitocôndria de uma célula pancreática mostrando a membrana externa lisa e as numerosas invaginações da membrana interna chamadas de cristas. Notar também grânulos escuros de alta densidade no seio da matriz com diâmetro de 30 a 50 nm provavelmente constituído por um arcabouço protéico ou lipoprotéico ao qual se prendem íons de metais (cálcio e magnésio). Além desse componentes distingue-se com certa dificuldade no interior da matriz regiões filamentosas constituídas por filamento de DNA e ribossomos medindo 15nm de diâmetro 
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Composição
Membrana externa e membrana interna:
2 compartimentos: matriz mitocondrial – líquido denso - e espaço intermembranas;
Membrana externa (porinas); permeável a moléculas de até 5.000 daltons;
Espaço intermembrânico - enzimas que usam o ATP para fosforilar outros nucleotídeos;
Membrana interna - ácido graxo cardiolipina e componentes da cadeia respiratória; forma as chamadas cristas mitocondriais; ATP-sintase e Bomba de prótons;
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Composição
Matriz - centenas de enzimas, DNA, ribossomos, tRNAs;
Quanto maior atividade metabólica da célula, maior será quantidade de mitocôndrias em seu interior. 
Uma célula hepática normal pode conter de 1.000 a 1.600 mitocôndrias, enquanto alguns ovócitos podem conter até 300.000. 
Possuem DNA, RNA e ribossomos próprios, tendo assim capacidade de auto-duplicar-se.
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Dentro delas se realiza o processo de extração de energia dos alimentos (respiração celular) que será armazenada em moléculas de ATP (adenosina trifosfato). É o ATP que fornece energia necessária para as reações químicas celulares.
Apresentam capacidade de movimentação, concentrando-se assim nas regiões da célula com maior necessidade energética.
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COMPARTIMENTALIZAÇÃO
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COMPARTIMENTALIZAÇÃO - MATRIZ
Contêm uma mistura altamente concentrada de centenas de enzimas, incluindo aquelas necessárias à oxidação do piruvato e ácidos graxos e para o ciclo de Krebs. 
A matriz contêm também várias cópias do DNA mitocondrial, ribossomos mitocondriais essenciais, RNAt, e várias enzimas requeridas para expressão dos genes mitocondriais. 
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ENZIMAS DA MATRIZ
Complexo piruvato desidrogenase
Citrato sintase
Isocitrato desidrogenase
Complexo α-cetoglutarato desidrogenase
Aconitase
Fumarase
Succinil-CoA sintase
Malato desidrogenase
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ENZIMAS DA MATRIZ
Sistema de β-oxidação de ácido graxos
Glutamato desidrogenase
Glutamato-oxaloacetato transminase
Ornitina transcarbamoilase
Carboil fosfato sintase I
Enzima da sintese da heme
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É desbobrada em numerosas cristas que aumentam grandemente a sua área superficial total. Ela contêm proteínas com três tipos de funções:
1. aquelas que conduzem as reações de oxidação da cadeia respiratória
2. um complexo enzimático chamado ATPsintetase, que produz ATP na matriz
3. proteínas transportadoras específicas, que regulam a passagem para dentro e fora da matriz. 
Uma vez que um gradiente eletroquímico é estabelecido, através dessa membrana pela cadeia respiratória, para direcionar a ATPsintetase, é importante que a membrana seja impermeável a maioria dos pequenos íons. 
COMPARTIMENTALIZAÇÃO – Membrana Interna
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ENZIMAS – Membrana Interna
Succinato desidrogenase
F1F0 ATP sintase
Β-hidroxibutirato desidrogenase
Citocromos b, c1, c, a, a3
Carnitina acil-CoA transferase
Adenina nucleotídeo translocase
Transportadores de mono-di-tricarboxilato
Transportadores de glutamato aspartato
Glicerol 3-fosfato desidrogenase
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Devido ao fato de conter uma grande proteína formadora de canais (chamada de porina), a membrana externa é permeável a todas as moléculas de 5.000 daltons ou menos. 
Outras proteínas existentes nesta membrana incluem as enzimas envolvidas na síntese de lipídeos mitocondriais e enzimas que convertem substratos lipídicos em formas que possam ser subseqüentemente metabolizados na matriz. 
COMPARTIMENTALIZAÇÃO – Membrana Externa
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ENZIMAS – Membrana Externa
Monoamino oxidase
Quinurenina hidroxilase
Nucleosídeo difosfato quinase
Fosfolipase A
Acil graxo-CoA sintase
NADH citocromo c redutase (rotenona insensível)
Colina fosfotransferase
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Esse espaço contêm várias enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para fosforilar outros nucleotídeos.
ENZIMAS:
 ADENILATO QUINASE
NUCLEOSIDEO DIFOSFATO QUINASE
CREATINA QUINASE 
COMPARTIMENTALIZAÇÃO – Espaço Intermembrna
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	FUNÇÃO DA MITOCÔNDRIA: 
- Produção de Energia- as substancias nutritivas penetram nas mitocôndrias, onde reagem com o gás oxigênio, em um processo comparável à queima de um combustível. Essa reação recebe o nome de respiração celular. A partir daí é produzido energia em forma de ATP (adenosina trifosfato). 
- Respiração Celular através do Ciclo de Krebs e da Cadeia respiratória. 
A mitocôndria realiza a maior parte das oxidações celulares e produz a massa de ATP ( energia celular) das células animais.
 Na mitocôndria o piruvato e os ácidos graxos são convertidos em acetil-CoA que são oxidados em CO2, através do ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico). 
Grandes quantidades de NADH e FADH2 são produzidas por essas reações de oxidação. A energia disonível, pela combinação do oxigênio com os elétrons reativos levados pelo NADH e pelo FADH2, é regulada por uma cadeia transportadora de elétrons na membrana mitocondrial interna denominada de cadeia respiratória. 
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A cadeia respiratória bombeia prótons ( H+) para fora da matriz para criar um gradiente eletroquímico de hidrogênio transmembrana. O gradiente transmembrana, por sua vez, é utilizada para sintetizar ATP e para dirigir o transporte ativo de metabólitos específicos através da membrana mitocondrial interna. A combinação dessas reações é responsável por uma eficiente troca ATP-ADP entre a mitocôndria e o citosol de tal forma que o ATP pode ser usado para prover muitas das reações celulares dependentes de energia.
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OXIDAÇÃO MITOCONDRIAL
É alimentada pelo piruvato originado pela glicólise no citosol ou a partir de ácidos graxos. Ambos são transportados seletivamente para a matriz onde são quebrados em acetil coenzima A (acetil CoA)
grupo acetil
CoA	 S	 C
CH3
O
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OXIDAÇÃO MITOCONDRIAL
As células animais armazenam ácidos graxos na forma de gorduras e glicose na forma de glicogênio.
Os ácidos graxos são oxidados a acetil CoA que é introduzido no cíclo do ácido cítrico na matriz mitocondrial.
Na via glicolítica (citosol), a molécula de glicose (6 carbonos) é convertida em duas moléculas de piruvato de 3 carbonos.
Na matriz mitoondrial, o piruvato é convertido em acetil CoA.
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Produção de energia
Respiração celular:
Processo de oxidação
Gás oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas
Energia das moléculas orgânicas:
Liberada pouco a pouco (aproveitamento)
Sequência ordenada de reações químicas
Armazenamento em forma de ATP
Mitocôndria
Organela conversora de energia
Suporte ao transporte de elétrons 
Bomba de prótons
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SISTEMA DE TRANSPORTETransporte de Adenina-Nucleotídeo e Fosfato;
Lançadeiras de substrato;
Unidade Acetil são transportadas como citrato;
Transportador de cálcio específico.
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Transporte de 
Adenina-nucleotídeos e Fosfato
A síntese contínua de ATP na matriz mitocondrial requer que o ATP citosólico formado durante reações que consomem energia seja transportado de volta, através da membrana interna, para matriz, para conversão em ATP.
Da mesma forma, ATP recém sintetizado deve ser transportado de volta através da membrana interna para o citosol, para satisfazer as necessidades energéticas da célula.
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Transporte de 
Adenina-nucleotídeos e Fosfato
Essa troca de adenina nucleotídeos hidrofílicos, muito carregado, é catalisada por uma ADENINA NUCLEOTÍDEO TRANSLOCASE, muito específica, localizada na membrana interna.
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Adenina nucleotídeo translocase e o Transportador de Fosfato
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Transporte de 
Adenina-nucleotídeos e Fosfato
A presença de um sitio de ligação de nucleotídeo no transportador sugere que a enzima fique voltada alternadamente para a matriz ou para o espaço intermembranas durante o processo de transporte.
O ATP recém sintetizado é ligado à translocase na matriz, que não muda sua conformação para se voltar para o citosol, onde o ATP é liberado em troca de um ADP.
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Transporte de 
Adenina-nucleotídeos e Fosfato
A translocase então muda sua conformação novamente, para trazer o sitio de ligação de nucleotídeo contendo ADP de volta para o lado da matriz.
A translocase favorece o movimento para fora do ATP e o movimento para dentro dp ADP, a despeito de observações de que ambos os nucleotídeos ligam-se igualmente bem ao sitio de ligação.
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LANÇADEIRAS DE SUBSTRATO
Na LANÇADEIRA GLICEROL-FOSFATO, estão envolvidas duas glicerol fosfato desidrogenases diferentes, uma no citosol e outra na face externa da membrana mitocondrial interna;
O NADH produzido no citosol é usado para reduzir di-hidroxiacetona fosfato a glicerol 3-fosfato pela isoenzima citosólica;
 
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Lançadeiras para transporte de equivalentes de redução
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LANÇADEIRAS DE SUBSTRATO
O glicerol 3-fosfato, por sua vez, é oxidado pela isoenzima mitocondrial uma flavoproteína, para produzir di-hidroxiacetona fosfato e FADH2, que é oxidado pela cadeia de transporte de elétrons.
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LANÇADEIRAS GLICEROL-FOSFATO
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Lançadeira glicerol - fosfato
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LANÇADEIRAS DE SUBSTRATO
Na LANÇADEIRA MALATO-ASPARTATO, o NADH do citosol reduz oxalacetato a malato, que entra na mitocôndria pelo transportador de malato/α-cetoglutarato.
Esse malato é rapidamente oxidado pelo malato desidrogenase mitocondrial a oxalacetato e NADH, que é então oxidado pela cadeia de transporte de eletrons.
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LANÇADEIRA MALATO-ASPARTATO
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Lançadeira malato-aspartato: transferência de NADHcit para mitocôndria
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LANÇADEIRAS DE SUBSTRATO
O oxalacetato produzido é convertido em aspartato pela aspartato aminotransferase mitocondrial e pode então atravessar a membrana pelo transportador de aspartato-glutamato, onde a aspartato aminotransferase citosólica o converte em oxalacetato.
O transporte antiporte de aspartato para fora da mitocôndria em troca por glutamato é conduzido pelo potencial de membrana e é, portanto, irreversível.
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Transporte de unidade ACETIL
Acetil-CoA intramitocondrial é convertido em citrato pela citrato sintase do ciclo de Krebs.
O citrato é, então, exportado para o citosol por um transportador de tricarboxilato, em troca de malato.
O citrato citosólico é clivado em acetil-CoA e oxalacetato, às custas de um ATP, pela ATP-citrato liase.
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Exportação de citrato gerado em mitocôndrias para o citosol onde serve como fonte de acetil-CoA para a biossíntese de ácidos graxos ou esteróides.
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TRANSPORTADOR DE CÁLCIO
A entrada de Ca2+ na mitocôndria ocorre por um transportador uniporte da membrana interna, que usa a energia do gradiente eletroquímico.
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TRANSPORTADOR DE CÁLCIO
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PROTEINAS DESACOPLADORAS
O agente primário envolvido na termogênese induzida por frio na gordura marrom é a proteína desacopladora UCP-1, que se localiza exclusivamente na mitocôndria interna do tecido adiposo marrom.
UCP-1 carrega prótons da matriz mitocondrial e atua desacoplando a síntese de ATP do transporte de elétrons.
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Ativação de UCP-1 por adaptação ao frio.Frio estimula liberação de norepinefrina de células nervosas simpáticas. 
A norepinefrina liga-se ao receptor β-adrenérgico, resultando em ativação de uma lipase, com produção de ácidos graxos livres, que ativam proteína condutora de prótons UCP-1
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PROTEINAS DESACOPLADORAS
Termogênese resulta de ativação dos nervos simpáticos pela resposta do cérebro à exposição ao frio, com a liberação de norepinefrina, que se liga a receptores β-adrenérgicos na membrana celular das células da gordura marrom.
Essa ligação causa liberação de cAMP e ativação de proteína quinase A, que estimula lipolise.
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PROTEINAS DESACOPLADORAS
A produção de ácido graxos livres ativa UCP-1, que transporta protons de volta para matriz.
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GENES MITOCONDRIAIS
DNA circular de fita dupla que contém genes estruturais para 13 proteínas da cadeia de transporte de eletrons, incluindo:
Sete subunidades do complexo I (NADH: ubiquinona óxido-redutase)
Uma subunidade (cit.b) do complexxo III (ubiquinol: citocromo c óxido redutase)
Três subunidade s do complexo IV ( citocromo c oxidase);
Duas subunidades do complexo V (ATP sintase)
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Independência
 Próprio DNA
- Uma fita de DNA circular
- 16.500 bps (animal)
 10 a 150 vezes mais DNA (vegetal)
 Codifica..
- 2 rRNA, 22 tRNA, 13 cadeias polipeptídica
Próprios ribossomos 
Tempo de vida - ~10dias numa célula de fígado
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 Genomas de mitocôndrias
Organização do genoma mitocondrial humano. Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, Fourth Edition. 
Conduzem replicação, transcrição e síntese protéica
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Mapa dos genes do DNA mitocondrial.Os genes Co1, Co11 e Co111 codificam subunidades da citocromo c oxidase, ND codifica subunidades do complexo I, e AATPase codifica subunidades da AP sintase. As faixas pretas indicadas por letras únicas são os genes para tRNAs. LHON indica localização de mutações que causam neuropatia óptica hereditária de Leber. Mutações no tRNA para leucina (L) causam MELAS (encefalopatia mitocondrial, acidose láctica e atividade tipo-stroke), e aquelas no tRNA da lisina (K) causam MERRF (epilepsia mioclônica e fibras esgarçadas pretas.
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Algumas doenças mitocôndriais
O efeito fenotípico de mutações mitocondriais reflete a extensão da dependência de um certo tecido à fosforilação oxidativa. 
O sistema nervoso central é o mais sensível, seguido do músculo esquelético, rim e fígado
- Algumas doenças são:
Leber’s hereditary optic neropathy (LHON) - Perda da visão e disritmia cardíaca.
Myoclonic epilepsy and ragged red fiber disease (MERRF) - Anormalidades no sistema nervoso central e deficiências na função dos músculos esquelético e cardíaco.
Kearns-Savre syndrome - Sintomas neuromusculares incluindo paralisia dos músculos do olho, demência e ataques.
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MET de células com miopatia mitocondrial.
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MITOCÔNDRIA
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