Mitocôndrias e Respiração Celular

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Praticamente tudo precisa de energia e, nas células eucariontes, ela é provida pelas mitocôndrias, uma organela 
conversora de energia. Essa energia é necessária para as diversas funções celulares (reações químicas, transporte, 
crescimento, divisão, manutenção estrutural, interação entre células, etc). 
São organelas arredondadas ou alongadas, com diâmetro entre 
5µm e 1,0µm e comprimento entre 0,5µm e 10µm (tamanho 
semelhante ao de uma E. coli). Estão presentes no citoplasma de 
quase todas as células eucariontes, tendo sua localização 
intracelular variada (pode sofrer movimentação devido a 
proteínas motoras como cinesina e dineína ligadas a 
microtúbulos) e seu número variado conforme o tipo celular. 
Dentre suas funções, é importante dar ênfase à respiração 
celular. 
 FORMATO 
 Membrana externa lisa (sem cristas): composta 
igualmente por lipídeos e proteínas (50% cada) e 
apresenta porinas, que são poros de passagem de 
moléculas. É rica em colesterol. 
 Membrana interna: composição desigual de lipídeos 
(20%) e proteínas (80%). Apresenta cristas, as quais 
são responsáveis pelo aumento da área de superfície 
(consequentemente, da síntese de ATP). Rica em 
cardiolipina (impermeável a íons e maioria das 
pequenas moléculas) e pobre em colesterol. É na 
membrana interna que encontramos o sítio de 
transporte de elétrons e bombeamento de prótons; contém ATP-sintase. 
 Espaço intermembranas: possui composição química semelhante ao citosol (lembrar das porinas na 
membrana externa). 
 
RESPIRAÇÃO CELULAR 
 GENOMA MITOCONDRIAL 
As mitocôndrias possuem, além de DNA próprio, RNAr, RNAm e RNAt, o maquinário necessário para a síntese 
de proteínas. 16.569 pares de nucleotídeos, 37 genes (fosforilação oxidativa), duplicação independente, 
capacidade de síntese de algumas proteínas mitocondriais. 
Por que apenas algumas? 
A maioria das proteínas mitocondriais são 
sintetizadas no citosol (sob controle do DNA nuclear) 
e são importadas por translocases (TOM e TIM). 
Como? 
 No citosol: proteínas ligadas a chaperonas 
(hps70) que impedem o enovelamento 
(enoveladas não conseguem passar as 
membranas). Marcadas por um sinal de 
endereçamento (cadeia de AA que será 
reconhecida pela membrana). 
 Ao entrar na mitocôndria: perdem as 
chaperonas hps70 (não entram na organela) 
e se ligam a chaperonas hps60 (irão auxiliar 
no enovelamento). Quando enoveladas, 
proteases removem o sinal de endereçamento. 
 
 BIOGÊNESE 
As mitocôndrias podem sofrer fissão e fusão. Na fissão, organelas preexistentes crescem e sofrem divisão 
(uma mitocôndria forma duas) e, a fusão, por sua vez, acontece quando várias mitocôndrias se fundem e formam 
redes de mitocôndrias. 
 ORIGEM – TEORIA DA ENDOSSIMBIOSE 
As células precisam de energia, que é adquirida pela 
ruptura gradual de ligações covalentes de moléculas de 
compostos orgânicos ricos em energia, como glicose e 
ácidos graxos, que acontece durante a respiração 
celular. 
A quebra direta das moléculas de açúcares, no entanto, 
trata-se de um processo abrupto com muita liberação 
de calor, o que não seria rentável para a célula. Por esse 
motivo, a respiração celular é dividida em etapas: um 
processo de oxidação lenta, com liberação gradual de 
energia e produção de água e CO2. 
 
 GLICÓLISE ANAERÓBICA 
Essa etapa não acontece dentro da mitocôndria. A glicólise 
anaeróbica acontece no citosol, quebrando a molécula de glicose em 
dois piruvatos, com saldo de 2ATP e 2 NADH. O piruvato, se na 
presença de oxigênio, entrará na organela para participar da 
fosforilação oxidativa, na qual será oxidado até a formação de água, 
gás carbônico e energia. Se não houve oxigênio o piruvato é 
transformado em ácido láctico ou etanol ainda no citosol. 
Explicação: uma molécula de glicose sofre a ação de 2 ATP (ATP → ADP + P), 
formando frutose-1,6-difosfato. Essa molécula se quebra em duas de 3C, sofrem 
adição de dois Pi e o NAD se liga aos H+, formando 2 NADH. As ligações de fosfato, 
por fim, se rompem e os 4P se ligam a 4 ADP, formando 4 moléculas de ATP. O saldo, 
portanto, é de 2 ATP. 
 FOSFOLILAÇÃO OXIDATIVA 
1. Produção de acetil-coenzima A 
A produção de acetil-CoA consiste na 
ligação do piruvato internalizado na 
mitocôndria (matriz mitocondrial) com a 
Coenzima A (piruvato + Coenzima A → 
acetil-CoA + CO2). 
Obs.: pode ser produzida também na beta-
oxidação de ácidos graxos de cadeia 
curta/média. 
2. Ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs) 
Acetil-CoA, ainda na matriz mitocondrial, liga-se ao oxaloacetato, formando o ácido cítrico (e liberando a CoA). 
Nessa etapa, o ácido cítrico sofre ação das descarboxilases (produzem CO2) e das desidrogenases (sua atuação 
libera muitos prótons H+ e e-, conferindo baixo rendimento energético). Os NAD e FAD se ligam aos prótons e 
aos elétrons, que serão encaminhados para a última etapa da fosforilação oxidativa. 
Obs.2: oxaloacetato é recuperado intacto para a reciclagem (pode participar do ciclo novamente). 
3. Sistema transportador de elétrons (cadeia respiratória) 
 Nas cristas mitocondriais. Possui mais de 40 proteínas organizadas em complexos enzimáticos 
respiratórios → sítios de bombeamento de prótons. 
 O NADH (NADH → NAD+ + H+ + e-) libera o elétron no complexo NADH-desidrogenase; 
 O elétron é capturado pela ubiquinona para o complexo citocromo c-redutase; 
 O citocromo C 
transporta o elétron 
pelo complexo 
citocromo c-oxidase; 
 O elétron se liga ao O2 
(aceptor FINAL de 
elétrons) e na presença 
de H+, forma água; 
 A passagem do elétron 
pelos complexos 
acarreta o 
bombeamento de H+ 
para o espaço 
intermembranas → não 
se dispersa para o 
citosol. 
Obs.3: nesse processo há formação de EROS (espécies reativas de oxigênio), como O- e H2O2, que são muito 
reativos e, portanto, danosos. 
Por que acontece o acúmulo de 
prótons no espaço 
intermembranas e não dissipação 
para o citosol? 
Por dois fatores: gradiente de 
Ph e potencial de membrana, que 
formam um gradiente 
eletroquímico de prótons, a força 
próton-motriz. 
 Gradiente de ph: o 
acúmulo de H+ diminui o 
ph do espaço 
intermembranas, 
tornando-o mais ácido 
que a matriz mitocondrial 
(lembrar que a tendência é do ph entrar em equilíbrio devido ao tamponamento químico); 
 Potencial de membrana: o acúmulo de prótons polariza a membrana mitocondrial interna. 
 
 ATP-SINTASE 
Lembrar que a membrana interna possui cardiolipina, 
que a torna impermeável a íons; 
A força próton-motriz gerada “empurra “ os 
prótons para a matriz mitocondrial; 
Assim, a responsável por permitir a entrada de íons 
novamente para a matriz mitocondrial será a ATP-sintase 
(complexo proteico que forma ATP a partir de ADP + Pi). 
Como isso acontece? 
Um fluxo de elétrons começa a passar pelo carreador, 
rotacionando a haste central da ATP-sintase (energia 
mecânica). Essa rotação causa uma modificação 
conformacional de subunidades na cabeça, o que leva à 
produção de ATP nos sítios de ligação de ADP – Pi. 
 
ACOPLAMENTO QUIMIOSMÓTICO 
O acoplamento quimiosmótico se 
trata da união do transporte de 
elétrons, do bombeamento de 
prótons e da síntese de ATP. 
Obs.4: alguns medicamentos como 
o dinitrofenol são responsáveis por 
causar o desacoplamento 
quimiosmótico. Dessa maneira, os 
prótons não conseguem voltar para a 
matriz da maneira correta, não 
havendo, assim, produção adequada 
de ATP (energia é dissipada em forma 
de calor). 
 Síntese de hormônio esteroide: produção de 
pregnenolona na mitocôndria; 
 Desencadeamento de apoptose: mitocôndrias 
que não exercem sua função de respiração 
celular de maneira satisfatória, por exemplo, e 
formam muitos EROS; 
 Produção de calor em recém-nascidos: 
termogenia em tecido adiposo multilocular; 
 Ciclo da ureia: procurar como funciona, não sei. 
Sabe-se de mais de 150 doenças humanas que são associadas às mitocôndrias, principalmente relacionadasà 
cadeia transportadora de elétrons. Podem acometer músculos, como o coração, o sistema nervoso, fígado, rins. 
 Doença de Luft: aumento do número de mitocôndrias no tecido muscular esquelético e aumento de 
metabolismo basal (similar ao hipertireoidismo). A oxidação fosforilativa é desacoplada parcialmente, 
gerando pouco ATP e mais calor. 
 Miopatia mitocondrial infantil: é FATAL. Diminuição ou ausência total de enzimas da cadeia 
transportadora de elétrons, causando lesões no músculo esquelético e disfunção renal. 
 Epilepsia Miocional com fibras vermelhas rotas (MERRF): diminuição na síntese de proteínas 
mitocondriais envolvidas no transporte de elétrons. Causa fraqueza muscular, problemas cardíacos, 
epilepsia e demência. 
 O consumo de cigarro durante a gestação causa redução nas funções placentárias e retardo de 
crescimento intrauterino. As mitocôndrias da placenta sofrem redução na atividade enzimática do 
Complexo III (29%) e redução no DNA mitocondrial (37%). 
Relacionados: 
 Mitocôndrias e resposta ao estresse: existem 
mediadores de estresse (hormônios como 
glicocorticoides e catecolaminas, citocinas, 
HSPs, toxinas). 
→ Estresse agudo:  da biogênese 
mitocondrial,  da replicação e transcrição de 
mtDNA,  da produção de ATP, produção 
controlada de EROS; 
→ Estresse crônico:  da biogênese 
mitocondrial,  da replicação e transcrição de 
mtDNA,  da produção de APT,  produção de 
EROS, mutações, peroxidação lipídica, 
apoptose ou morte celular. 
 Mitocôndrias e depressão: causa 
danos/mutações no mtDNA, torna as 
membranas mais permeáveis, menor número 
de cristas, menor produção de ATP e alta 
produção de EROS. 
 Mitocôndrias e obesidade: uma dieta rica em 
gorduras pode levar a uma anormalidade na 
morfologia das mitocôndrias, em sua 
distribuição e metabolismo, além de uma 
grande produção de EROS. 
 Mitocôndrias e doenças degenerativas: o 
Parkinson e a doença de Huntington estão 
relacionadas a mitocôndrias.