Mitocôndria, transformação e armazenamento de energia

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17/09/2013 
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MITOCÔNDRIA E ENERGIA 
Docente: Eliana Maria Rocha Sousa 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA 
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS, AMBIENTAIS E BIOLÓGICAS 
CCA 480 – BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR 
Usinas geradoras de ATP 
ATP 
Captam energia proveniente 
dos alimentos 
ENERGIA DOS ALIMENTOS 
Converte energia luminosa em 
energia química, depositada 
nas ligações covalentes das 
moléculas dos vegetais 
Cisão enzimática do alimento: tubo digestório, o citosol e a mitocôndria 
Cadeias metabólicas degradativas, são distintas no começo, de acordo com o tipo de alimento, 
etapas finais, via metabólica comum 
Alimentos moléculas menores 
Enzimas 
O2 
Carboidratos  monossacarídeos ( especialmente glicose)/ lipídios  ácidos 
graxos/ proteínas  aminoácidos 
Absorção do epitélio intestinal, ingressa no sangue e por ele chegam nas células 
ENERGIA DOS ALIMENTOS 
• Energia contida nas moléculas de alimentos é extraída por meio de 
sucessivas oxidações 
 
• No final: 
 O2 (atmosférico) + H (liberado pelas moléculas) = H2O 
 O2 (atmosférico) + C (liberado pelas moléculas) = CO2 
• Célula = degradação de alimento de forma gradual, menos energia 
dissipada em forma de calor (que atua mantendo a temperatura do 
nosso corpo). 
 
 
• Energia da molécula do alimento transferida ADP, formação de ATP 
Diferença entre processos energéticos em plantas (fotossíntese) e nos animais 
(fosforilação oxidativa) 
Fotossíntese Fosforilação oxidativa 
Nos cloroplastos Nas mitocôndrias 
Reação endergônica: 
Energia + CO2 + H2O  Alimentos + O2 
Reação exergônica: 
Alimentos + O2  Energia + CO2 + H2O 
Hidrolisa água Forma água 
Libera O2 Libera CO2 
Só em presença de luz Independente da luz 
Periódica Contínua 
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Glicolise= Cada molécula de glicose 
em duas moléculas menores de 
piruvato. Produção de ATP e NADH. 
Piruvato= do citosol passa para a 
mitocôndria, onde é convertido em 
CO2 mais grupamento acetil de dois 
carbonos, esse grupo acetil se anexa 
a coenzima A (CoA) formando 
acetil-CoA. 
Grande quantidade de acetil-CoA 
também é produzida com a quebra 
e oxidação de ácidos graxos. 
ENERGIA DOS ALIMENTOS 
Glicolise = produção de ATP sem 
presença de O2. Ocorre na maioria das 
células, inclusive em organismos 
primitivos, antes da existência do O2 na 
atmosfera. 
10 etapas, produção de açúcares 
intermediários, atuação de diversas 
enzimas. 
Síntese de ATP a partir de ADP+Pi 
Outra grande parte de energia 
permanece com os elétrons de alta 
energia. 
2 ATPs são consumidos no começo do 
processo, 4 ATPs e 2 NADH são 
produzidos no final do processo. 
Saldo = 2ATPs e 2NADH. 
Piruvato entra na mitocôndria. 
GLICÓLISE 
FORFORILAÇÃO OXIDATIVA 
• Surgiu após o O2 ter aparecido no planeta 
 
• Aeróbica e ocorre na mitocôndria 
 
• Maior rendimento energético que a glicólise = 36 ATP 
 
 
• Três mecanismos: 
 
- Produção de acetilcoenzima A (acetil-CoA) 
 
- Ciclo de Krebs (ácido cítrico ou ácido tricarboxílico) 
 
- Sistema transportador de elétrons 
 
 
PRODUÇÃO acetil-CoA 
• Piruvato derivado da glicose entra na mitocôndria 
 
• Piruvato gera acetato que se liga a coenzima A 
 
• Complexo desidrogenase do piruvato: 
 
- Cópias múltiplas de 3 enzimas, 5 coenzimas e 3 proteínas 
Acetato + coenzima A acetil-CoA entra no ciclo de Krebs 
 
Complexo desidrogenase 
do piruvato 
CO2 
• Enzimas das membranas = ácidos graxos para a matriz 
 
• Ácidos graxos degradados por reações (β-oxidação), remoção de 
átomos de C 
 
• Produção de uma molécula de Acetil-CoA em cada ciclo 
 
• Acetil-CoA entra no ciclo de Krebs 
 
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CICLO DE KREBS 
• Também conhecido como ciclo do ácido cítrico ou ácido 
tricarboxílico 
 
• Atuação das enzimas desidrogenases 
 
• Produção de elétrons e prótons: 
- Elétrons capturados por NAD, FAD e citocromos (funcionam como 
transportadores de elétrons) 
- Prótons (H+) liberados na matriz mitocondrial 
 
• Descarboxilases geram CO2 
 
• Reação exoenergética que promove a síntese de 2 ATP – rendimento 
energético baixo 
 
• Produção de metabólitos usados na síntese de aminoácidos e 
hidratos de carbono 
O SISTEMA TRANSPORTADOR DE ELÉTRONS 
• Também conhecido como cadeia respiratória 
 
• Diversas proteínas envolvidas, três grandes complexos: 
- NADH desidrogenase 
 
- Complexo do citocromo b-c 
 
- Complexo citocromo oxidase 
Sítios de bombeamento de prótons a medida que elétrons são 
transferidos nos sítios 
Início – íon de hidreto (Hˉ) é retirado 
do NADH. HˉH⁺+2eˉ 
 
 
Complexo NADH é aceptor de 
elétrons, esses passam para os outros 
complexos e perdendo energia 
 
 
Complexo da citocromo são 
combinados com uma molécula de O2 
e forma água 
 
Etapa dependente de O2 da 
respiração celular e consome quase 
todo O2 que respiramos. O2 atrai os 
elétrons na cadeia Animação 
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Necessita da passagem de 4H+ para formar 
uma molécula de ATP. H+ é atraído devido a 
carga positiva (+) no interior da membrana 
 
Capacidade de produzir mais de 100 
moléculas de ATP por segundo 
 
Converte a energia do fluxo de prótons a 
favor do gradiente na energia mecânica de 
dois conjuntos de proteínas friccionando uma 
na outra, energia mecânica é transformada 
em energia química e o ATP é gerado 
₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ 
⁺ ⁺ ⁺ ⁺ ⁺ ⁺ ⁺ ⁺ ⁺ ⁺ 
O SISTEMA TRANSPORTADOR DE ELÉTRONS 
• Cada complexo enzimático respiratório acopla energia 
 
• Energia usada para capturar prótons da água presente na matriz = 
H2O H⁺+ OHˉ 
 
• Libera prótons (H⁺ ) no espaço intermembrana (bombeamento ativo) 
 
• Formação de gradiente de concentração de H+ e eletroquímico 
(cargas) 
 
• Fluxo passivo de H+ proporcional ao gradiente eletroquímico gerando 
ATP a partir de ADP+Pi do citosol que entra na mitocôndria 
 
• ATP-sintase -grande complexo proteico com subunidades = “turbina” 
 
• Produção de muitos ATP = 30 
Animação 
• O seu número varia entre as células - sendo proporcional à atividade 
metabólica (500 a 10.000) 
 
 
• São organelas que mudam de forma e posição constantemente 
 
 
• Deslocamento no citoplasma para zonas que necessitam de mais 
energia 
 
 
• Também ficam imobilizadas: 
- Localizadas em maior quantidade próximo ao flagelo do espermatozóide (ATP 
movimentos espermáticos) 
 
 
 
 
MITOCÔNDRIA, CARACTERÍSTICAS GERAIS ESTRUTURA DA MITOCÔNDRIA 
Difosfatidilglicerol ou cardiolipina impede a passagem de soluto na 
dupla camada lipídica, exceto O2, CO2, H2O, NH3 e ácidos graxos 
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• Mitocôndria participa do processo de Morte Celular Programada - 
Apoptose 
 
 
• Mitocôndria é o principal mediador na ativação da via intrínseca da 
apoptose 
 
 
• Permeabilização mitocondrial e liberação de proteínas e moléculas 
pró-apoptóticas (AIF e Citocromo c) 
 
- AIF modificações na membrana (atraem os macrófagos), também indução da 
condensação da cromatina e ativação de endonuclease 
 
- Citocromo c se liga a proteína Apaf-1 desencadeia a ativação de enzimas que 
produzem outras modificações apoptóticas 
 
MITOCÔNDRIA, CARACTERÍSTICAS GERAIS 
PI3-K fosforila o PiP2 é convertido em PIP3, se liga 
a cinase PDK1 que fosforila a cinase B que vai 
fosforilar a Bad (fica inativa e se liga a 14-3-3). Bad 
separada da Bcl-2 na membrana externa da 
mitocôndria (fica ativa e previne a morte celular), 
canal PTPC fechado. 
AIF = tipo de proteína 
Citocromo C 
MITOCÔNDRIA, GENOMA PRÓPRIO 
• Apresenta: 
- DNA 
- RNA (rRNA, mRNA, tRNA) 
- Sistema molecular necessário para síntese de algumas proteínas• Genoma da mitocôndria em humanos: 
- Pequeno 
- Apresenta várias cópias 
- Somente o DNA mitocondrial da mãe é herdado 
- Sintetiza parte das proteínas da mitocôndria 
 
• Outras proteínas são sintetizadas no citosol 
 
• Penetração na mitocôndria por meio de sinalização de 
endereçamento