Estrutura e Funcionamento das Mitocôndrias

Prévia do material em texto

© –
 
 
As mitocôndrias são organelas eucarióticas 
independentes, envoltas por uma dupla 
membrana, uma interna e uma externa. 
Acredita-se que essas organelas eram 
bactérias há milhares de anos, e que foram 
englobadas por uma célula eucariótica 
ancestral, formando assim, uma associação 
interdependente, isto é, uma simbiose. 
 
 
As mitocôndrias podem variar em forma, pois 
são móveis e plásticas, uma vez que formam 
redes que se associam aos microtúbulos. A 
membrana externa das mitocôndrias é rica em 
porinas, o que a torna extremamente 
permeável a íons e pequenas moléculas. 
Contudo, sua membrana interna é altamente 
especializada, com uma alta densidade de 
proteínas. O espaço central da mitocôndria - 
chamado de matriz mitocondrial - agrega o 
genoma próprio da mitocôndria que varia de 
célula para célula, e possui grande 
susceptibilidade a mutações, visto que não 
possui as histonas para ‘‘protegê-lo’’. Além de 
possuírem o próprio genoma, as mitocôndrias 
possuem os próprios ribossomos e os próprios 
tRNAs. Somando-se a isso, a síntese de 
proteínas nas mitocôndrias pode ser inibida 
por antibióticos que inibem a síntese em 
bactérias, fortalecendo ainda mais a hipótese 
endossimbiótica. 
 
 
 
 
As proteínas importadas para as mitocôndrias 
em geral são captadas do citosol dentro de 
segundos ou minutos após sua liberação pelos 
ribossomos. As proteínas mitocondriais são 
totalmente sintetizadas como proteínas 
precursoras mitocondriais no citosol, e então, 
translocadas para a mitocôndria por um 
mecanismo pós-traducional. Uma ou mais 
sequências-sinal dirigem todas as proteínas 
precursoras mitocondriais para o seu 
subcompartimento mitocondrial apropriado. 
Muitas proteínas que entram no espaço da 
matriz possuem uma sequência-sinal na sua 
região N-terminal que é rapidamente 
removida por uma peptidase após a 
importação. Outras proteínas importadas, 
incluindo todas as proteínas da membrana 
externa, muitas da membrana interna e 
proteínas do espaço intermembrana, possuem 
sequências-sinal internas que não são 
removidas. 
© –
 
 
 
Proteínas receptoras específicas que iniciam a 
translocação de proteínas reconhecem essa 
configuração. Complexos proteicos com várias 
subunidades atuam como translocadores de 
proteínas fazendo a mediação do movimento 
de proteínas através das membranas 
mitocondriais. O complexo TOM transfere 
proteínas através da membrana externa, e 
dois complexos TIM (TIM23 e TIM22) transferem 
proteínas através da membrana interna. Esses 
complexos contêm alguns componentes que 
atuam como receptores para proteínas 
precursoras mitocondriais, e outros 
componentes que formam os canais de 
translocação. 
 
O complexo TOM é necessário à importação de 
todas as proteínas mitocondriais codificadas 
no núcleo. Inicialmente ele transporta a 
sequência-sinal dessas proteínas para o 
espaço intermembrana e ajuda a inserir 
proteínas transmembranares na membrana 
externa. As proteínas barril β, que são 
particularmente abundantes na membrana 
externa, são então transferidas por um 
translocador adicional, o complexo SAM, que 
as auxilia no dobramento apropriado na 
membrana externa. 
 
 
O complexo TIM23 transporta algumas dessas 
proteínas para o espaço da matriz e auxilia na 
inserção de proteínas transmembrana na 
membrana interna. O complexo TIM22 medeia 
a inserção de uma subclasse de proteínas da 
membrana interna, incluindo a proteína 
transportadora que transporta ADP, ATP e 
fosfato para dentro e fora da mitocôndria. 
Ainda, um terceiro translocador de proteína na 
membrana mitocondrial interna, o complexo 
OXA, medeia a inserção de proteínas da 
membrana interna que são sintetizadas no 
interior das mitocôndrias. Ele também auxilia 
na inserção de algumas proteínas de 
membrana interna importadas que são, 
inicialmente, transportadas para o espaço da 
matriz por outros complexos. 
 
 
As proteínas precursoras mitocondriais não se 
enovelam em sua estrutura nativa logo depois 
de serem sintetizadas. Em vez disso, elas 
permanecem desenoveladas por meio de 
interações com outras proteínas no citosol. 
Algumas dessas proteínas são proteínas 
chaperonas gerais pertencentes à família 
© –
 
hsp70, enquanto outras são dedicadas a 
proteínas precursoras mitocondriais e ligam-se 
diretamente em suas sequências-sinal. Todas 
essas proteínas de interação auxiliam na 
prevenção de agregação ou no enovelamento 
espontâneo das proteínas precursoras, antes 
da sua interação com o complexo TOM na 
membrana mitocondrial externa. Como um 
passo inicial no processo de importação, os 
receptores de importação do complexo TOM 
ligam-se a sequências-sinal de proteínas 
precursoras mitocondriais. As proteínas de 
interação são, então, removidas e a cadeia 
polipeptídica desenovelada é encaminhada – 
primeiro a sequência-sinal – para o canal de 
translocação. A hidrólise de ATP e um potencial 
de membrana dirigem a importação de 
proteínas para o espaço da matriz. A 
importação de proteínas para a mitocôndria é 
sustentada pela hidrólise de ATP em dois sítios 
diferentes, um fora da mitocôndria e um no 
espaço da matriz. 
 
 
 
 
A respiração celular é um processo que ocorre 
em todas células eucarióticas, e duas das três 
fases que possui ocorrem na mitocôndria. 
Sendo estas o Ciclo de Krebs e a Fosforilação 
Oxidativa. A última acontece apenas na 
presença de oxigênio, que é necessário para 
oxidar moléculas intermediárias e participar de 
reações para formação da molécula de ATP. 
 
 
 
O ciclo de Krebs, também chamado de ciclo do 
ácido cítrico, ou ciclo do ácido tricarboxílico, é 
uma das fases da respiração celular. Ocorre na 
matriz mitocondrial e é considerada uma rota 
anfibólica, isto é, catabólica e anabólica. Nessa 
via, o ácido pirúvico (C3H4O3) proveniente da 
glicólise sofre uma descarboxilação oxidativa 
pela ação da enzima piruvato desidrogenase e 
reage com a coenzima A (CoA). O resultado 
dessa reação é a produção de acetilcoenzima 
A (acetilCoA) e de uma molécula de gás 
carbônico (CO2). Em seguida, o acetilCoA reage 
com o oxalacetato, ou ácido oxalacético, 
liberando a molécula de coenzima A, que não 
permanece no ciclo, formando ácido cítrico. 
 
 
 
Depois da formação do ácido cítrico, haverá 
uma sequência de oito reações onde ocorrerá 
a liberação de duas moléculas de gás 
carbônico, elétrons e íons H+. Ao final das 
reações, o oxalacetato é restaurado e 
devolvido à matriz mitocondrial, onde estará 
pronto para se unir a outra molécula de 
acetilCoA e recomeçar o ciclo. Os elétrons e 
íons H+ que foram liberados nas reações são 
apreendidos por moléculas de NAD, que se 
convertem em moléculas de NADH, e também 
pelo FAD, que se converte a FADH. 
© –
 
 
 A fosforilação oxidativa, que ocorre na 
membrana interna da mitocôndria, é formada 
pela junção de dois processos extremamente 
importantes: a cadeia transportadora de 
elétrons e a quimiosmose. A cadeia 
transportadora de elétrons, acontece em uma 
série de proteínas e moléculas orgânicas 
encontradas na membrana interna da 
mitocôndria. Os elétrons são passados de um 
componente da cadeia transportadora para 
outro em uma série de reações redox. A 
energia liberada nestas reações é capturada 
na forma de um gradiente de prótons, o qual é 
usado para produzir ATP em um processo 
chamado quimiosmose. 
 
As principais etapas desse processo incluem: 
 Entrega de elétrons por NADH e FADH: os 
carreadores reduzidos (NADH e FADH) das 
outras etapas da respiração celular 
transferem seus elétrons para moléculas 
próximas ao início da cadeia de transporte. 
No processo, eles voltam a ser NAD+ e FAD, 
que podem ser reutilizados em outras 
etapas da respiração celular; 
 
 Transferência de elétrons e bombeamento 
de prótons: conforme os elétronspassam 
pela cadeia, eles se movem de um nível de 
energia mais alta para um mais baixo, de 
forma a liberar energia. Parte dessa 
energia é usada para bombear íons H+, 
tirando-os da matriz celular e jogando-os 
no espaço intermembranar. Esse 
bombeamento estabelece um gradiente 
eletroquímico; 
 
 Divisão do oxigênio, formando água: no 
final da cadeia de transporte de elétrons, os 
e- são transferidos para a molécula de 
oxigênio, que se divide ao meio e se junta 
ao H+, formando água; 
 
 
 Síntese de ATP causada pelo gradiente: 
conforme os íons H+ fluem a favor do 
gradiente para a matriz, eles passam por 
uma enzima chamada ATP sintase, que 
aproveita o fluxo de prótons para sintetizar 
ATP. 
 
 
 
Em suma, as mitocôndrias são organelas que 
apresentam dupla membrana, e são crucias 
para a manutenção dos seres eucariontes, 
principalmente para a homeostase energética, 
uma vez que estão relacionadas com o 
processo de respiração celular e são 
encontradas em maior número em células que 
apresentam grande atividade metabólica. 
 Foi usado como referência bibliográfica para 
este resumo o livro: ALBERTS, Bruce - Biologia Molecular 
da Célula, 6° edição. W. W. Norton & Company, 2017.