Mitocôndrias: Estrutura e Função

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Mitocôndria
Tiago Veltri
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MITOCÔNDRIA
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FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
 Teoria endossimbiótica da origem das mitocôndrias
- Bactérias púrpura
Presença de duas membranas
 Divisão binária
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Mitocôndria
 As mitocôndrias (do grego mito: filamento e chondrion: grânulo) estão presentes no citoplasma das células eucarióticas, sendo caracterizadas por uma série de propriedades morfológicas, bioquímicas e funcionais. 
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 Organelas cilíndricas rígidas e alongadas.
 Movem-se pelo citosol freqüentemente associadas a microtúbulos.
 Formam cadeias móveis ou permanecem fixas em uma posição.
 Fornecem ATP diretamente aos sítios onde o consumo de ATP é alto
Morfologia
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Morfologia
Membrana externa
Espaço intermembranas
Membrana interna
Matriz mitocondrial
Organização geral da mitocôndria. Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, Fourth Edition.
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Composição
Membrana externa e membrana interna:
2 compartimentos: matriz mitocondrial – líquido denso - e espaço intermembranas;
Membrana externa (porinas); permeável a moléculas de até 5.000 daltons;
Espaço intermembrânico - enzimas que usam o ATP para fosforilar outros nucleotídeos;
Membrana interna - ácido graxo cardiolipina e componentes da cadeia respiratória; forma as chamadas cristas mitocondriais; ATP-sintase e Bomba de prótons;
Matriz - centenas de enzimas, DNA, ribossomos, tRNAs;
Quanto maior atividade metabólica da célula, maior será quantidade de mitocôndrias em seu interior. Uma célula hepática normal pode conter de 1.000 a 1.600 mitocôndrias, enquanto alguns ovócitos podem conter até 300.000. Possuem DNA, RNA e ribossomos próprios, tendo assim capacidade de auto-duplicar-se.
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Dentro delas se realiza o processo de extração de energia dos alimentos (respiração celular) que será armazenada em moléculas de ATP (adenosina trifosfato). É o ATP que fornece energia necessária para as reações químicas celulares.
Apresentam capacidade de movimentação, concentrando-se assim nas regiões da célula com maior necessidade energética.
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COMPARTIMENTALIZAÇÃO
Matriz: 
 contêm uma mistura altamente concentrada de centenas de enzimas, incluindo aquelas necessárias à oxidação do piruvato e ácidos graxos e para o ciclo de Krebs. 
 A matriz contêm também várias cópias do DNA mitocondrial, ribossomos mitocondriais essenciais, RNAt, e várias enzimas requeridas para expressão dos genes mitocondriais. 
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b. Membrana Interna: 
 É desbobrada em numerosas cristas que aumentam grandemente a sua área superficial total. Ela contêm proteínas com três tipos de funções:
1. aquelas que conduzem as reações de oxidação da cadeia respiratória 2. um complexo enzimático chamado ATPsintetase, que produz ATP na matriz 3. proteínas transportadoras específicas, que regulam a passagem para dentro e fora da matriz. Uma vez que um gradiente eletroquímico é estabelecido, através dessa membrana pela cadeia respiratória, para direcionar a ATPsintetase, é importante que a membrana seja impermeável a maioria dos pequenos íons. 
COMPARTIMENTALIZAÇÃO
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c. Membrana Externa: 
devido ao fato de conter uma grande proteína formadora de canais (chamada de porina), a membrana externa é permeável a todas as moléculas de 5.000daltons ou menos. 
- Outras proteínas existentes nesta membrana incluem as enzimas envolvidas na síntese de lipídeos mitocondriais e enzimas que convertem substratos lipídicos em formas que possam ser subseqüentemente metabolizados na matriz. 
COMPARTIMENTALIZAÇÃO
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d. Espaço Intermembrana: 
esse espaço contêm várias enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para fosforilar outros nucleotídeos. 
COMPARTIMENTALIZAÇÃO
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COMPARTIMENTALIZAÇÃO
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Eletromicrografia de uma mitocôndria de uma célula pancreática mostrando a membrana externa lisa e as numerosas invaginações da membrana interna chamadas de cristas. Notar também grânulos escuros de alta densidade no seio da matriz com diâmetro de 30 a 50 nm provavelmente constituído por um arcabouço protéico ou lipoprotéico ao qual se prendem íons de metais (cálcio e magnésio). Além desse componentes distingue-se com certa dificuldade no interior da matriz regiões filamentosas constituídas por filamento de DNA e ribossomos medindo 15nm de diâmetro 
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	FUNÇÃO DA MITOCÔNDRIA: 
- Produção de Energia- as substancias nutritivas penetram nas mitocôndrias, onde reagem com o gás oxigênio, em um processo comparável à queima de um combustível. Essa reação recebe o nome de respiração celular. A partir daí é produzido energia em forma de ATP (adenosina trifosfato). 
- Respiração Celular através do Ciclo de Krebs e da Cadeia respiratória. 
A mitocôndria realiza a maior parte das oxidações celulares e produz a massa de ATP ( energia celular) das células animais.
 Na mitocôndria o piruvato e os ácidos graxos são convertidos em acetil-CoA que são oxidados em CO2, através do ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico). 
Grandes quantidades de NADH e FADH2 são produzidas por essas reações de oxidação. A energia disonível, pela combinação do oxigênio com os elétrons reativos levados pelo NADH e pelo FADH2, é regulada por uma cadeia transportadora de elétrons na membrana mitocondrial interna denominada de cadeia respiratória. 
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A cadeia respiratória bombeia prótons ( H+) para fora da matriz para criar um gradiente eletroquímico de hidrogênio transmembrana. O gradiente transmembrana, por sua vez, é utilizada para sintetizar ATP e para dirigir o transporte ativo de metabólitos específicos através da membrana mitocondrial interna. A combinação dessas reações é responsável por uma eficiente troca ATP-ADP entre a mitocôndria e o citosol de tal forma que o ATP pode ser usado para prover muitas das reações celulares dependentes de energia.
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MITOCÔNDRIA
Produção de energia a partir da luz e dos alimentos
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OXIDAÇÃO MITOCONDRIAL
É alimentada pelo piruvato originado pela glicólise no citosol ou a partir de ácidos graxos. Ambos são transportados seletivamente para a matriz onde são quebrados em acetil coenzima A (acetil CoA)
grupo acetil
CoA	 S	 C
CH3
O
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OXIDAÇÃO MITOCONDRIAL
As células animais armazenam ácidos graxos na forma de gorduras e glicose na forma de glicogênio.
Os ácidos graxos são oxidados a acetil CoA que é introduzido no cíclo do ácido cítrico na matriz mitocondrial.
Na via glicolítica (citosol), a molécula de glicose (6 carbonos) é convertida em duas moléculas de piruvato de 3 carbonos.
Na matriz mitoondrial, o piruvato é convertido em acetil CoA.
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Independência
 Próprio DNA
- Uma fita de DNA circular
- 16.500 bps (animal)
 10 a 150 vezes mais DNA (vegetal)
 Codifica..
- 2 rRNA, 22 tRNA, 13 cadeias polipeptídica
Próprios ribossomos 
Tempo de vida - ~10dias numa célula de fígado
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Algumas doenças mitocôndriais
O efeito fenotípico de mutações mitocondriais reflete a extensão da dependência de um certo tecido à fosforilação oxidativa. 
O sistema nervoso central é o mais sensível, seguido do músculo esquelético, rim e fígado
- Algumas doenças são:
Leber’s hereditary optic neropathy (LHON) - Perda da visão e disritmia cardíaca.
Myoclonic epilepsy and ragged red fiber disease (MERRF) - Anormalidades no sistema nervoso central e deficiências na função dos músculos esquelético e cardíaco.
Kearns-Savre syndrome - Sintomas neuromusculares incluindo paralisia dos músculos do olho, demência e ataques.
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Estudo Dirigido
1. Descrever a estrutura da mitocôndria.
R: Membrana externa e membrana interna,Espaço intermembrânico,Matriz
2. Quais são as funções da mitocôndria?
R: Produção de Energia e realizam o importante processo de respiração celular. 
3. Explique a cadeia transportadora de elétron e a relação com a síntese de ATP.
R: é a convergência final de todas as vias de degradação oxidativa. A energia livre disponibolizada pelo fluxo de elétrons criadoé acoplada ao transporte contracorrente de protóns através da membrana interna da mitocôndria (impermeável a estes prótons), conservando parte desta energia como potencial eletroquímico transmembrana.O fluxo transmembrana dos prótons "de volta", a favor de seu gradiente de concentração através de poros protéicos específicos fornece energia livre para a síntese de ATP.
4. Cite 2 patologias relacionadas a ao metabolismo mitocondrial. 
R: Perda da visão e disritmia cardíaca e anormalidades no sistema nervoso central e deficiências na função dos músculos esquelético e cardíaco.
5. Quais substratos energéticos podem servir para geração de energia no interior da mitocôndria?
R: NADH e pelo FADH2
6. Cite uma célula que não tem mitocôndria no corpo humano e qual problema energético esta célula pode ter?
R: Os glóbulos vermelhos do sangue (hemácias) têm como função transportar oxigênio e não possuem mitocôndrias, ou seja, assim essas células não consomem o oxigênio que devem transportar. Portanto, para obter energia, as hemácias realizam o tempo todo metabolismo anaeróbico (fazem fermentação láctica o tempo todo).
7. Quais são os produtos da oxidação mitocondrial?
R: É alimentada pelo piruvato originado pela glicólise no citosol ou a partir de ácidos graxos