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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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