1 Mitocôndrias e Respiração Celular

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Resumo – Mitocôndrias 
1. Introdução: As mitocôndrias estão presentes em quase todas as células eucarióticas – em 
plantas, animais e na maioria dos microrganismos eucarióticos –, e é nessas organelas que 
a maior parte do ATP celular é produzida. As mesmas reações metabólicas que ocorrem 
nas mitocôndrias também ocorrem em bactérias aeróbias, as quais não possuem essas 
organelas; nesses organismos, a membrana plasmática conduz o processo de acoplamento 
quimiosmótico. Contudo, diferentemente da célula de bactéria, a qual também deve 
cumprir muitas outras funções, a mitocôndria se tornou altamente especializada para 
geração de energia. 
 
2. Morfologia: As mitocôndrias são em geral semelhantes em tamanho e forma às bactérias, 
embora esses atributos possam variar dependendo do tipo celular. Elas contêm seu 
próprio DNA e RNA, bem como um sistema completo de transcrição e tradução, incluindo 
ribossomos, o que as permite sintetizar algumas de suas próprias proteínas. Filmagens de 
células vivas realizadas em intervalos de tempo revelam que as mitocôndrias são 
organelas notavelmente móveis, que mudam de formato e posição de forma constante. 
 
 
 
Cada mitocôndria é envolta por duas membranas altamente especializadas – uma 
cobrindo a outra – que executam uma parte crucial das suas atividades. As membranas 
mitocondriais externa e interna criam dois compartimentos mitocondriais: um grande 
espaço interno chamado de matriz e um espaço intermembranas muito mais estreito. Se 
mitocôndrias purificadas são suavemente processadas e fracionadas nos seus diferentes 
componentes por centrifugação diferencial, a composição bioquímica de cada uma das 
duas membranas e do espaço entre elas pode ser determinada. Cada um contém uma 
coleção única de proteínas. 
a. Membrana externa: Contém muitas moléculas de uma proteína de transporte 
denominada porina, a qual, forma largos canais aquosos através da bicamada 
lipídica. Como resultado, a membrana externa é como uma peneira, permeável 
a todas as moléculas de 5.000 dáltons ou menos, incluindo pequenas proteínas. 
Isso torna o espaço intermembranas quimicamente equivalente ao citosol em 
relação às pequenas moléculas que contêm. É rica em colesterol. 
 
b. Membrana interna: Como outras membranas da célula, é impermeável à 
passagem de íons e à maioria das pequenas moléculas, exceto onde uma rota é 
fornecida por proteínas de transporte de membrana. Dobrada em numerosas 
cristas, a membrana possui proteínas que conduzem as reações de oxidação da 
cadeia de transporte de elétrons e da ATP-sintase, que produz ATP na matriz. É 
rica em cardiolipina, fosfolipídio necessário para o metabolismo de energia pois 
proporciona isolamento elétrico. 
 
c. Matriz: Amplo espaço interno que contém uma mistura granulosa, 
eletrondensa e altamente concentrada de centenas de enzimas, incluindo 
aquelas necessárias à oxidação do piruvato, oxidação de ácidos graxos e ao 
ciclo do ácido cítrico. É nesse espaço que estão localizados os ribossomos 
(menores que os citoplasmáticos) e o DNA. 
 
d. Espaço intermembranas: Espaço que possui várias enzimas que utilizam ATP 
proveniente da matriz para fosforilar outros nucleotídeos 
 
3. DNA mitocondrial humano: Contém 37 genes, com várias cópias em forma de anel de 
cadeia dupla, assim como o DNA procarionte. É de origem materna na maioria dos 
casos, visto que, estudos recentes derrubaram a antiga certeza da origem do DNA 
mitocondrial. O DNA mitocondrial depende do DNA nuclear visto que parte da 
maquinaria celular necessária para replicação do DNA mitocondrial, reparação, 
recombinação e transcrição são codificados pelo DNA nuclear. Observa-se também, 
que o DNA mitocondrial é muito mais suscetível a mutações, pois não possui 
mecanismos de reparação sofisticados como o núcleo. 
 
4. Localização: Localizam-se próximas a locais que necessitam de energia, sendo que, 
dentro das próprias células a quantidade de mitocôndrias pode variar de acordo com a 
necessidade. Em uma célula muscular esquelética, por exemplo, o número de 
mitocôndrias pode aumentar de cinco a dez vezes em virtude do crescimento e da 
divisão mitocondrial que ocorre se o músculo é repetidamente estimulado a contrair-
se. Elas podem ser fixas ao citoesqueleto ou livres no citoplasma. 
 
5. Plasticidade mitocondrial: Os recentes avanços nas técnicas de imagem tem revelado 
que a forma das mitocôndrias nas células vivas é bastante dinâmico, em constante 
intercâmbio entre formas que lembram “fios” e “grãos” por conta dos processos hoje 
conhecidos como fusão e fissão. Esses processos de fusão e fissão junto com o 
movimento mitocondrial vêm sendo chamado de dinâmica mitocondrial. Os processos 
de fusão e fissão ocorrem em um cuidadoso equilíbrio, a fim de manter a dinâmica 
mitocondrial adequada. Um aumento da fusão ou uma diminuição da fissão pode levar 
a uma forma alongada e mitocôndrias interligadas, enquanto um decréscimo na fusão 
ou um aumento da fissão pode levar a formatos puntiformes e mitocôndrias 
fragmentadas. 
 
a. Fusão: É um processo complexo que envolve a fusão em conjunto de quatro 
camadas duplas lipídicas. 
 
b. Fissão: É o mecanismo postulado para a proliferação mitocondrial. 
 
6. Origem das mitocôndrias: As mitocôndrias, evolutivamente, teriam origem em 
bactérias fagocitadas e que driblaram o processo de digestão, preservando-se em 
simbiose com a célula hospedeira primitiva. Esta teoria evolutiva para a organela, e 
que também se aplica aos cloroplastos das células vegetais, é denominada teoria 
endossimbionte. Essa é a mais aceita atualmente, entre outras teorias existentes, 
justificando a origem da dupla membrana nestas organelas. 
 
a. Fatores que corroboram com a teoria: 
 
 Presença de DNA próprio e circular; 
 Presença de três tipos de RNA; 
 Ribossomos semelhantes aos de bactérias (70S); 
 mRNA formado apenas por exons (sem íntrons); 
 Transcrição do genoma é completa e contínua (policistrônica) 
 Mecanismo de auto-reprodução por fissão; 
 Membrana interna não possui colesterol e sim cardiolipina 
 
7. Função: Além da clássica função de geração da energia metabólica nas células 
eucarióticas (fosforilação oxidativa) a mitocôndria é responsável por: 
 
a. Síntese de pirimidina; 
b. Síntese grupamento HEME que aparece nas hemácias; 
c. Detoxificação da amônia; 
d. Metabolismo do colesterol; 
e. Síntese dos hormônios sexuais; 
f. Produção e detoxificação de radicais livres; 
g. Apoptose (liberação do citocromo C para o citosol); 
 
 
Resumo – Respiração Celular 
 
1. Introdução: Respiração Celular é o processo bioquímico que ocorre na célula para 
obtenção de energia, essencial para as funções vitais. Acontecem reações de quebra 
das ligações entre as moléculas liberando energia. Pode ser realizado de duas formas: 
a respiração aeróbica (na presença do gás oxigênio do ambiente) e a respiração 
anaeróbica (sem o oxigênio). 
 
2. Glicólise: A glicólise é o processo de quebra da glicose em partes menores, liberando 
energia. Essa etapa metabólica acontece no citoplasma da célula enquanto as 
seguintes são dentro da mitocôndria. A glicose (C6H12O6) é quebrada em duas 
moléculas menores de ácido pirúvico ou piruvato (C3H4O3). 
Acontece em diversas etapas oxidativas envolvendo enzimas livres no citoplasma e 
moléculas de NAD, que fazem a desidrogenação das moléculas, ou seja, retiram os 
hidrogênios a partir dos quais serão doados os elétrons para a cadeia respiratória. 
Por fim, há um saldo de duas moléculas de ATP (carregadoras de energia). 
 
a. Via anaeróbica: O piruvato depois de produzido passa ou por fermentação 
alcoólica (produzindoetanol e CO2) ou fermentação lática (produzindo ácido 
láctico) 
 
b. Via aeróbica: O piruvato é utilizado para formação de Acetil-CoA que vai entrar 
no ciclo de Krebs. 
 
 
 
3. Acetil-CoA: A acetilcoenzima A é um composto intermediário chave no metabolismo 
celular, constituído de um grupo acetila, de dois carbonos, unidos de maneira 
covalente a coenzima A. A Acetil-CoA é resultado da oxidação total de moléculas 
orgânicas como o piruvato, ácidos graxos e aminoácidos. 
A transformação de piruvato, que se encontra no citosol, em Acetil-CoA se dá na 
mitocôndria. O processo que transforma o piruvato em Acetil-CoA se chama 
descarboxilação oxidativa, em que um grupo carboxila é retirado e liberado como CO2. 
A formação do Acetil-CoA é catalisado por um complexo enzimático chamado de 
complexo piruvato desidrogenase, que é formado por 5 coenzimas - tiamina 
pirofosfato (TPP), coenzima A (CoA), dinucleotídeo de nicotinamida adenina (NAD+), 
flavina adenina dinucleotídio (FAD) e ácido lipóico) e 3 enzimas: piruvato 
desidrogenase, diidrolipoil transacetilase e diidrolipoil desidrogenase 
A acetilcoenzima A provém do metabolismo dos carboidratos e dos lipídios, e, em 
menor proporção, do metabolismo das proteínas, as quais, assim como os 
aminoácidos, podem alimentar o ciclo em outros locais diferentes que os do acetil. 
A Acetil-CoA participa como intermediário do ciclo de Krebs, pois ao condensar-se ao 
oxaloacetato, forma o citrato. É neste ciclo que o acetil-CoA será totalmente oxidado a 
CO2, paralelo a produção de coenzimas reduzidas. 
 
4. Ciclo de Krebs: Nessa etapa cada piruvato ou ácido pirúvico, originado na etapa 
anterior, entra na mitocôndria e passa por uma série de reações que resultarão na 
formação de mais moléculas de ATP. 
Antes mesmo de iniciar o ciclo, ainda no citoplasma, o piruvato perde um carbono 
(descarboxilação) e um hidrogênio (desidrogenação) formando o grupo acetil e se une 
à coenzima A, formando acetil CoA. 
Na mitocôndria, a acetil CoA se integra em um ciclo de reações oxidativas que irão 
transformar os carbonos presentes nas moléculas envolvidas em CO2 (transportado 
pelo sangue e eliminado na respiração). 
Através dessas sucessivas descarboxilações das moléculas será liberada energia 
(incorporada nas moléculas de ATP) e haverá transferência de elétrons (carregados por 
moléculas intermediárias) para a cadeia transportadora de elétrons. 
 
5. Fosforilação Oxidativa: Essa última etapa metabólica, chamada de fosforilação 
oxidativa ou cadeia respiratória, é responsável pela maior parte da energia produzida 
ao longo do processo. 
Há transferência de elétrons provenientes dos hidrogênios, que foram retirados das 
substâncias participantes nas etapas anteriores. Com isso, são formadas moléculas de 
água e de ATP. 
Há muitas moléculas intermediárias presentes na membrana interna de células 
(procariontes) e na crista mitocondrial (eucariontes) que participam nesse processo de 
transferência e formam a cadeia de transporte de elétrons. 
 
 Complexo I – Complexo NADH desidrogenase 
 Complexo II – Succinato-Ubiquinona redutase 
 Complexo III – Complexo Citocromo BC1 
 Complexo IV – Citocromo C Oxidase 
 Complexo V – ATP Sintase 
 
É muito importante, entretanto, que as coenzimas sejam reoxidadas, de forma a 
poderem participar novamente dos ciclos de degradação de nutrientes, doando mais 
energia para a síntese de ATP. 
O processo de fosforilação oxidativa acontece apenas nos seres aeróbios, nos quais o 
oxigênio faz a reoxidação das coenzimas através de uma cadeia de transporte de 
elétrons. 
 
6. Processo Quimiosmótico – ATP Sintase: Os prótons produzidos no ciclo do ácido 
cítrico são transportados ativamente através da membrana interna e são acumulados 
no espaço intermembranoso graças a energia liberada pelos elétrons quando passam 
no sistema transportador de elétrons. A energia do fluxo retrógrado de H+ através 
dos corpúsculos elementares é usada para converter ADP em ATP.