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Aula 5 Mitocondria e cloroplastos

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Mitocôndrias e Cloroplastos
Faculdade de Ciências Sociais Aplicadas
Curso: Enfermagem – 1º Semestre
Disciplina: Biologia Celular e Molecular
Profº: Msc. Nathália dos Santos Lima
01/09/2017
MitocôndriasMitocôndrias
 A maioria das atividades celulares consomem energia. As
mitocôndrias são as verdadeira “usinas energéticas”
 Estrutura:
 São cilíndricas, possuem em média 3 µm de comprimento
com um diâmetro de 0,5 µm. Seu número varia de acordocom um diâmetro de 0,5 µm. Seu número varia de acordo
com o tipo celular;
 Forma e posição não são fixas: influenciados pelo
citoesqueleto.
 Possuem duas membranas que estabelecem dois
compartimentos: o espaço intermembranoso e a matriz
mitocondrial.
MitocôndriasMitocôndrias
Matriz Mitocondrial – Contém várias moléculas:
 Várias cópias de DNA circular;
 Treze tipos de RNAm;
 Dois tipos de RNAt, para os 20 aa; Dois tipos de RNAt, para os 20 aa;
 Grânulos de diferentes tamanhos (Ca 2+);
 Complexo enzimático: piruvato desidrogenase;
 Enzimas envolvidas na β-oxidação dos ácidos graxos;
 Enzimas responsáveis pelo ciclo de Krebs;
 A coenzima A (CoA), a coenzima NAD+, ADP, fosfato,
O2;
MitocôndriasMitocôndrias
Membrana interna: 20% de lipídeos e 80% de proteínas
 Apresenta invaginações na direção da matriz – Cristas
mitocondriais;
 Apresenta alto grau de especialização e as duas faces da sua
bicamada lipídica exibem uma marcante assimetria. Nela
estão localizados, entre outros, os seguintes elementos:
 As moléculas que formam a chamada cadeia transportadora
de elétrons;
MitocôndriasMitocôndrias
 A coenzima FAD e uma das enzimas do ciclo de Krebs
(succinato desidrogenase);
 A ATP sintase – Complexo protéico localizado nas
imediações da cadeia transportadora de elétrons; possui
duas porções (F0 e F1);duas porções (F0 e F1);
 Um fosfolipídio duplo (difosfatidilglicerol) que impede a
passagem de qualquer soluto através da bicamada
lipídica, exceto O2, CO2, H2O, NH3 e ácidos graxos;
 Diversos canais iônicos e permeases.
MitocôndriasMitocôndrias
Membrana Externa 50% lipídeos e 50% de proteínas
 Lisa e permeável a todos os solutos existentes no citosol,
mas não às macromoléculas;
 Porinas – Proteínas transmembrana multipasso, formam
canais aquosos pelos quais passam moléculas de até 5 kDa;
 Espaço Intermembranoso 
 Devido a presença de porinas da membrana externa, o
conteúdo de solutos no espaço intermembranoso é
semelhante ao do citosol, porém com uma elevada [H+];
 Contém várias enzimas que utilizam o ATP provenuente da
matriz para fosforilar outros nucleotídeos.
Transformação e armazenamento de Transformação e armazenamento de 
energiaenergia
 A energia utilizada pelas células eucariontes provém da 
ruptura gradual de ligações covalentes de moléculas de 
compostos orgânicos ricos em energia;
 Porém, esta energia não vem diretamente dos hidratos de 
carbonos e gorduras e sim de uma molécula intermediária, 
a adenosina trifosfato (ATP);
 Um dos mecanismos utilizados pela célula para retirar 
energia dos nutrientes é a fosforilação oxidativa.
Funções das MitocôndriasFunções das Mitocôndrias
 A principal função da mitocôndria é gerar ATP; a
mitocôndria transfere ao ADP a energia existente nas
ligações químicas das moléculas alimentícias;
 Isto ocorre por meio de três processos: Isto ocorre por meio de três processos:
 Descarboxilação oxidativa – Matriz mitocondrial;
 Ciclo de Krebs – Matriz Mitocondrial;
 Fosforilação Oxidativa – Membrana Interna.
A A GlicóliseGlicólise Ocorre no Ocorre no CitosolCitosol e a e a 
descarboxilaçãodescarboxilação oxidativaoxidativa na mitocôndriana mitocôndria
 Imediatamente após a ingestão de um alimento, os
polissacarídeos, os lipídeos e as proteínas são clivados em
moléculas cada vez menores por ação de uma grande
variedade de enzimas;
 A primeira clivagem enzimática dos alimentos é na Luz do
tubo digestivo – MEIO EXTRACELULAR;
 Hidratos de carbono – Monossacarídeos (Glicose);
 Lipídeos – Ácidos Graxos;
 Proteínas – Aminoácidos.
GlicóliseGlicólise
 Citosol
 Glicose - C6 H12 O6
 Por meio de uma série de reações químicas consecutivas
nas quais intervêm 10 enzimas localizadas no citosol –
Cada molécula de Glicose (6C), originam 2 moléculas de
piruvato (3C). Este processo é conhecido como Glicólise;
Cada molécula de Glicose (6C), originam 2 moléculas de
piruvato (3C). Este processo é conhecido como Glicólise;
 No início deste processo, utiliza-se a energia de 2 ATPs, e
imediatamente são gerados 4 = saldo de 2 ATPs – 1 para
cada piruvato;
 Além disso, uma parte da energia liberada durante a
glicólise não é transferida diretamente ao ATP, mas
promove a redução de dois NAD+ (NADH) – um para
cada piruvato.
DescarboxilaçãoDescarboxilação oxidativaoxidativa
Na matriz mitocondrial
 O piruvato (C3) ingressa na matriz mitocondrial, onde, pela
ação da piruvato desidrogenase, perde um carbono é
convertido em uma acetila (2C). A acetila se liga a uma
coenzima – a coenzima A (CoA), formando Acetil-CoA
liberando CO2 que é eliminado da mitocôndria;liberando CO2 que é eliminado da mitocôndria;
 O piruvato cede também um H+ e dois e-, durante a
descarboxilação oxidativa a energia gerada é suficiente para
reduzir um NAD+ em NADH por acetila produzida;
 Em seguida (sempre nas mitocôndrias), os átomos de
carbono e hidrogênio da acetila (ligada a CoA) são oxidados,
produzindo CO2 e H2O;
DescarboxilaçãoDescarboxilação oxidativaoxidativa
 As oxidações são graduais liberando a energia contida
nas ligações covalentes entre esses átomos, que é
transferida ao ATP;
 Os dois processos – Oxidação e Formação de ATP – Os dois processos – Oxidação e Formação de ATP –
acontecem em duas etapas: na primeira forma-se CO2 e
na segunda H2O, e os H?
 A primeira dessas etapas engloba uma sucessão de
oxidações durante o chamado Ciclo de Krebs ou ciclo
do ácido cítrico;
Ciclo de KrebsCiclo de Krebs
 O ciclo de inicia com a condensação da Acetila (ligada à
CoA) com ácido oxaloacético , produzindo ácido cítrico;
 Compreende uma série de 9 reações químicas mediadas
por outras tantas enzimas específicas;
 Graças as enzimas desidrogenases, ocorrem a produção
gradual de elétrons e prótons. O hidrogênio é liberado
sobre a forma de Prótons (H+) na matriz mitocondrial;
 Da energia liberada nessa etapa, uma pequena fração é
utilizada para formar um ATP e o restante para reduzir
tres NAD+ e um FAD.
Ciclo de KrebsCiclo de Krebs
 As reações enzimáticas são sequenciais, de forma tal que o
ultimo de seus produtos volta a ser o ácido oxalacético, o
qual, ao combinar-se com o grupo acetila de outra acetil-
CoA, forma novamente o ácido cítrico;
 As moléculas de CO2 formadas durante a descarboxilação
oxidativa e o ciclo de Krebs são transferidas ao citosol,
deste para o espaço extracelular e finalmente para o
sangue que as transporta aos pulmões para liberação.
 Rendimento: 1 ATP, 3 NADH e 1 FADH2 por acetila.
Como são necessárias duas voltas no ciclo de Krebs para processar as duas
acetilas provenientes da glicólise de uma molécula de glicose, cada um desses
monossacarídeos gera:
2 ATP, 6 NADH e 2FADH2;
Cadeia transportadora de elétronsCadeia transportadora de elétrons
 Também chamada de cadeia respiratória – Ocorre na
membrana interna da mitocôndria a qual possui muitas
proteínas chamadas proteínas transportadoras de elétrons;
 A energia contida nos NADH e do FADH2 formados durante o
ciclo de Krebs e a descarboxilação oxidativa é transferida ao
ATP após uma série de processos (voltam a ser NAD+ e FAD)ATP após uma série de processos (voltam a ser NAD+ e FAD)
 1) Os átomos de hidrogênio liberados dos NADH e FADH2
em consequência de ambas as oxidações são dissociadas em
H+
e e-, como mostrado nas seguintes equações:
 NADH NAD+ + 1H+ + 2e-
 FADH2 FAD + 2H +2e-
Cadeia transportadora de elétronsCadeia transportadora de elétrons
 Os elétrons surgidos nesse processo tem um elevado
potencial de transferência, ou seja: grande quantidade de
energia.
 2) Os elétrons sustentados pelo NADH e o FADH2 são
rapidamente transferidos a cadeia respiratória narapidamente transferidos a cadeia respiratória na
membrana interna;
 O NADH é o primeiro a doar os elétrons que entram na
NADH desidrogenase, a partir desta passam pela
ubiquinona, que os transfere ao complexo B e C;
 Os elétrons do FADH2, têm como ponto de entrada a
ubiquinona, a partir da qual fluem pelo restante da cadeia.
Cadeia transportadora de elétronsCadeia transportadora de elétrons
 3) À medida que percorrem pelos complexos enzimáticos
(Bombas de H+) que formam a cadeia transportadora de
elétrons, estes cedem energia e bombeiam H+ para o
espaço intermembranoso (transporte é ativo);
 Esta mesma energia é absorvida pelos próprios prótons
que a retém (energia protonicomotra);
 A energia necessária para a síntese de ATP provém da
energia protonicomotora contida nos H+, que vão
perdendo à medida que regressam (passivamente) para a
matriz mitocondrial – Fosforilação Oxidativa.
FosforilaçãoFosforilação OxidativaOxidativa
 ATP sintase se comporta como uma turbina que converte uma
classe de energia (protonicomotora) vinda do gradiente
eletroquímico de H+ em outra mais proveitosa para a célula;
 Enquanto a porção F0 da ATP sintase forma um túnel que
permite o regresso dos prótons para a matriz, a porção F1 épermite o regresso dos prótons para a matriz, a porção F1 é
responsável pela fosforilação (ADP + Pi = ATP)
 Os e- que depois de perder boa parte de sua energia, abandonam
a cadeia respiratória e regressam à matriz mitocondrial;
 Combinam-se com o hidrogênio (H+) do espaço
intermembranoso e o oxigenio (vindo da respiração) para
formar H2O ;
 Cadeia respiratória = ATP + H2O
Cadeia Transportadora de Elétrons e 
Fosforilação Oxidativa
NADH
FADH2
Saldo da energia produzida em forma de Saldo da energia produzida em forma de 
ATPATP
 Glicólise – 2 ATPs e 2 NADH (por serem citosólicos
produzem 1,5 ou 2,5 ATP) 3 ou 5+2 = 5 ou 7 no total;
 Descarboxilação oxidativa – 2 NADH = 5 ATPs (2x2,5);
 Ciclo de Krebs – 2 acetila geram 2 ATPs, 6 NADH e 2
FADH2 – Para cada NADH, a fosforilação oxidativa
produz 2,5 ATPs e para cada FADH2 1,5 ATP = 15 do
NADH + 3 do FADH2 + 2 = 20;
 O ganho de energia por molécula de glicose
é de 30 à 32 ATPs
CloroplastosCloroplastos
 Os plastos (plastídeos) são organelas presentes apenas em
células de plantas e de algas. Existem três tipos principais:
cloroplastos, cromoplastos e leucoplastos;
 Plastos na ausência de Luz - Leocoplastos –
Armazenamento;
 Plastos na presença de Luz - Cromoplastos – Responsáveis
pelas cores de certos frutos, flores e folhas;
 Croloplastos – Clorofila – Fotossíntese;
 Assim como as mitocôndrias, os cloroplastos constituem a
maquinaria bioquímica capaz de gerar energia para as
células vegetais;
Cloroplastos Cloroplastos -- EstruturaEstrutura
 Assim como a mitocôndria, possui DNA próprio RNA e
ribossomos que sintetizam uma parte desuas proteínas –
Logo são capazes de se autoduplicar;
 Possui um pigmento verde muito importante – Clorofila –
Fotossíntese – Forma de obtenção de energia da célula
vegetal;vegetal;
 Em seu interior, há uma rede de membranas nas quais
estão a clorofila e outros pigmentos;
 Parte das membranas formam vesículas achatadas –
Tilacóides, que ficam empilhadas;
 Cada pilha é chamada de granum;
 O espaço restante é preenchido pelo estroma – matriz
semelhante ao citosol.
Cloroplastos Cloroplastos -- FunçãoFunção
 Fotossíntese – Processo pelo qual a maior parte dos
autotróficos (vegetais) produz substâncias orgânicas;
 A luz absorvida no processo fica armazenada nas
moléculas, como uma energia de potencial químicomoléculas, como uma energia de potencial químico
Célula 
clorofilada
Esquema da 
Folha
Parede 
celular
Núcleo
VacúoloCloroplasto
Estruturas Envolvidas na FotossínteseEstruturas Envolvidas na Fotossíntese
Membrana do tilacóide
Esquema da 
molécula de 
clorofila
GranumCloroplasto
Membrana externa
Membrana 
interna
Tilacóide
Granum
Estroma
DNA
Tilacóide
Complexo antena
FotossínteseFotossíntese
 Transdução de Energia
 Ocorre em duas fases: uma no claro e oura no escuro;
 Etapa no escuro - Ocorre no estroma dos cloroplastos, Etapa no escuro - Ocorre no estroma dos cloroplastos,
sem necessidade de luz. É nessa fase que se forma o
açúcar, pela reação entre gás carbônico do ar
atmosférico, os NADPH2 e os ATP produzidos nas
reações de claro (Fotoquímica);
Os produtos da
etapa fotoquímica
O2 liberado para o ambiente
NADPH2 e ATP  que serão utilizados na etapa
química
Durante a etapa química o CO2 recebe o hidrogênio
transportado pelo NADPH proveniente da fotólise da água.
Há então a formação de carboidratos, denomidada deHá então a formação de carboidratos, denomidada de
fixação do carbono.
O ATP obtido na etapa fotoquímica é utilizado em diversas reações
químicas nessa etapa. Essas reações compreendem o ciclo das pentoses
ou ciclo de Calvin
6 CO2 + 12 NADPH2 + 18 ATP C6H12O6 + 12 NADP + 18 ADP + 18 Pi + 6 H2O
Ciclo de Calvin
C
L
O
R
O Etapa II
Luz H2O CO2
ADP
ATP
E
S
T
FotossínteseFotossíntese
R
O
P
L
A
S
T
O
Tilacóide
Etapa II
QUÍMICA
Etapa I
FOTOQUÍMICA
NADP
H2O
C6H12O6
ATP
NADPH2
O2
T
R
O
M
A
Glicose
Hipótese simbiótica da origem Hipótese simbiótica da origem 
das mitocôndrias e Cloroplastosdas mitocôndrias e Cloroplastos

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