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SDE0906 – BIOLOGIA CELULAR Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Aula 09: Célula Eucarionte AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Organelas citoplasmáticas São pequenos compartimentos localizados no citoplasma, onde ocorrem determinadas reações químicas celulares; Características das células eucariontes; Algumas, como os ribossomos, não são compartimentos membranosos. 2 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Mitocôndrias As mitocôndrias são organelas presentes em quase todos os tipos de células eucariontes. A quantidade de mitocôndrias em uma célula varia de acordo com a atividade metabólica da célula. As mitocôndrias podem ter vários formatos diferentes, dependendo do tipo de célula. Mitocôndria e sua estrutura 3 Micrografia eletrônica de duas mitocôndrias de pulmão AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Estrutura das mitocôndrias São dotadas de duas membranas, uma externa lisa e uma interna cheia de pregas, denominadas cristas. Entre as das membranas existe um pequeno espeço, chamado de espaço intermembranar. O seu interior é preenchido por uma matriz mitocondrial. 4 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Funções das mitocôndrias As mitocôndrias são o local onde ocorre a produção da maior parte da energia que a célula precisa para manter as suas funções vitais. O processo de produção de energia com participação das mitocôndrias se chama Respiração Celular Aeróbia. Na respiração celular aeróbia acontece a produção de ATP (adenosina tri fosfato), que é utilizada como fonte direta de energia pela célula. 5 ATP ADP + Pi + Energia AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Importância do ATP O ATP, produzido pela respiração celular aeróbia, pode ser prontamente quebrado, liberando a energia que está armazenada em sua molécula, na ligação com o terceiro fosfato. ATP – adenosina trifosfato ADP – adenosina difosfato Pi – fosfato inorgânico 6 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Produção de ATP ADP + Pi + Energia ATP Na respiração celular aeróbia ocorre a fosforilação oxidativa do ADP em ATP. ATP – adenosina trifosfato ADP – adenosina difosfato Pi – fosfato inorgânico A energia utilizada para isso é proveniente da quebra dos nutrientes (carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos). 7 O esquema mostra as principais fontes de energia e como se comportam metabolicamente. AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Respiração celular aeróbica A respiração celular aeróbia é composta por um conjunto de reações de oxidação e redução, que conta, portanto, com a participação do oxigênio. A glicose, proveniente dos carboidratos da alimentação, é a principal fonte de energia, embora existam outras. 8 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Reação geral da respiração celular aeróbica Quando a glicose é utilizada como fonte de energia, temos a reação geral: Portanto, é a oxidação da glicose até haver a produção de gás carbônico, água e liberação de energia. C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 2 H2O + Energia 9 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Respiração celular aeróbica A primeira etapa da respiração celular aeróbica, quando a glicose é utilizada, é sua quebra em duas moléculas de ácido pirúvico, denominada glicólise. Esta etapa ocorre ainda no citoplasma. Reação compacta da glicólise 10 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Respiração celular aeróbica As duas moléculas de ácido pirúvico entram na mitocôndria e dentro dela geram, cada uma, uma molécula de Acetil-coenzima A. Reação que acontece na matriz da mitocôndria. 11 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Respiração celular aeróbica As duas moléculas de Acetil-coA passam por uma série de reações químicas denominadas de Ciclo de Krebs. 12 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Respiração celular aeróbica No Ciclo de Krebs são liberados elétrons, que são transportados por duas moléculas, o NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e o FAD (Flavina adenina dinucleotídeo). O NADH e o FADH2 formados vão para a última etapa, denominada Fosforilação Oxidativa, quando a maior parte do ATP é produzida. Os elétrons passam de forma sequencial para as moléculas presentes na membrana das cristas mitocondriais, liberando energia. 13 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Respiração celular aeróbica A energia liberada é utilizada pela enzima ATPsintase para produção de moléculas de ATP, fosforilando o ADP. Cadeia respiratória: Fluxo de elétrons (e ) provenientes do NADH e FADH acoplado a um bombeamento de H para o espaço intermembranar. Prótons H retornando para a matriz mitocôndia ativando a enzima ATPsintate, resónsável pela síntese de ATP - + 2 + 14 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular DNA mitocondrial As mitocôndrias possuem DNA próprio, várias cópias de pequenas moléculas circulares que codificam algumas proteínas que participam da fosforilação oxidativa. A maior parte das proteínas mitocondriais são codificadas por genes que estão localizados no núcleo da célula. DNA (genoma) de uma mitocôndria 15 Lynn Margulis, fundadora da Teria da Endossimbiose AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Teoria da endossimbiose A teoria da endossimbiose consiste em supor que mitocôndrias (e cloroplastos), em um passado distante, eram bactérias aeróbias que foram incorporadas pelas células eucariontes anaeróbias. As células eucariontes passaram a poder utilizar o oxigênio para produção de energia, de forma muito mais eficiente, e forneceram proteção com relação ao meio externo às “células invasoras”. 16 Lynn Margulis, fundadora da Teria da Endossimbiose AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Teoria da endossimbiose A teoria da endossimbiose consiste em supor que mitocôndrias (e cloroplastos), em um passado distante, eram bactérias aeróbias que foram incorporadas pelas células eucariontes anaeróbias. As células eucariontes passaram a poder utilizar o oxigênio para produção de energia, de forma muito mais eficiente, e forneceram proteção com relação ao meio externo às “células invasoras”. Clique aqui para assistir a Teoria da Endossimbiose. 17 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Teoria da endossimbiose Algumas evidências suportam a teoria da endossimbiose, como por exemplo: A presença de DNA próprio; O DNA é circular como nas bactérias e segue o mesmo código genético; Os ribossomos mitocondriais se assemelham aos ribossomos bacterianos; A membrana interna da mitocôndria se assemelha à membrana das bactérias; A capacidade de se multiplicar dentro da célula, por fissão, da mesma forma que as bactérias se multiplicam. 18 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Cloroplastos Os cloroplastos fazem parte de um grupo de organelas chamadas de plastídeos. Estão presentes em células vegetais e de algas. São as organelas que conferem coloração verde às algas e plantas, devido ao seu conteúdo de clorofila, um pigmento verde. São responsáveis pelo processo de fotossíntese. 19 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Estrutura dos cloroplastos São dotados de duas membranas, que formam o envelope do cloroplasto. Entre as duas membranas há um espaço intermembranas. No seu interior existem os tilacoides, que são como sacos achatados e empilhados, formando o grana. Nos tilacoides ocorre uma importante etapa da fotossíntese, a captação da energia luminosa. 20 Cloroplasto dentro de uma célula Estrutura de um cloroplasto AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Estrutura dos cloroplastos 21 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Fotossíntese O processo de fotossíntese consiste na utilização de energia luminosa para fixação do carbono, do gás carbônico da atmosfera, produzindo glicose. 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 22 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Importância da fotossíntese A fotossíntese é a fonte de carboidratos (glicose) utilizados por todos os seres vivos para produção de energia. É também por meio da fotossíntese que é produzido o oxigênio que os seres vivos respiram. A fotossíntese ainda promove a redução da quantidade de gás carbônico da atmosfera. 23 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Cloroplasto e mitocôndria Colaboração entre cloroplasto e mitocôndria 24 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Cloroplasto e mitocôndria Colaboração entre cloroplasto e mitocôndria Clique aqui para assistir a Experiência da Fotossíntese em Elodea. 25 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Exercício 1) (Fuvest-SP) As mitocôndrias são consideradas as “casas de força” das células vivas. Tal analogia refere-se ao fato de as mitocôndrias: a) Estocarem moléculas de ATP produzidas na digestão de alimentos. b) Produzirem ATP com utilização de energia liberada na oxidação de moléculas orgânicas. c) Consumirem moléculas de ATP na síntese de glicogênio ou de amido a partir de glicose. d) Serem capazes de absorver energia luminosa utilizada na síntese de ATP. e) Produzirem ATP a partir da energia liberada na síntese de amido ou de glicogênio. 26 AULA 09: Organelas Citoplasmáticas: Mitocôndrias e Cloroplastos Biologia Celular Exercício 2) (Fuvest-SP) Em artigo publicado no suplemento mais!, do jornal Folha de São Paulo, de 6 de agosto de 2000, José Reis relata que pesquisadores canadenses demonstraram que a alga unicelular Cryptomonas resulta da fusão de dois organismos, um dos quais englobou o outro ao longo da evolução. Isso não é novidade no mundo vivo. Como relata José Reis:[...] É hoje corrente em Biologia, após haver sido muito contestada inicialmente, a noção de que certas organelas [...] são remanescentes de células que em tempos idos foram ingeridas por célula mais desenvolvida. Dá-se a esta o nome de hospedeira e o de endossimbiontes às organelas que outrora teriam sido livres. São exemplos de endossimbiontes em células animais e em células de plantas, respectivamente: a) Aparelho de Golgi e centríolos. b) Centríolos e vacúolos c) Lisossomos e cloroplastos. d) Mitocôndrias e vacúolos. e) Mitocôndrias e cloroplastos. 27 AVANCE PARA FINALIZAR A APRESENTAÇÃO. VAMOS AOS PRÓXIMOS PASSOS? Ler o capítulo 5 - Componentes Citoplasmáticos Responda o quiz e a atividade no ambiente SAVA.... Navegar pelos demais itens das trilhas de conhecimento do SAVA. 28
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