Mitocôndrias: Geração de Energia

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Capítulo 14 – Mitocôndrias: geração de energia.
Geração de energia: 
· Há milhões de anos atrás não havia O2 disponível para a ocorrência da fosforilação oxidativa.
· Os organismos produziam sua energia através da fermentação, processo que ainda ocorre nos dias atuais.
· Assim que o O2 começou a ficar disponível, um método de produção de energia mais eficiente foi desenvolvido, baseado na transferência de e- pela membrana mitocondrial. 
Fonte de energia dos organismos:
· Uma pequena quantia de ATP proveniente da glicólise presentes nas células do citosol. 
· A maioria da energia é produzida num processo via membrana que ocorre em dois estágios:
· 1° estágio: cadeia de transporte de e-: os e- são transportados através dos transportadores de elétrons na membrana;
· NADH, proveniente do ciclo de Krebs, traz os e- e os transfere para as moléculas transportadoras;
· Os e- se movem pela cadeia, e a cada passo perdem energia – ao mesmo tempo H+ é bombeado através da membrana;
· Esse movimento cria um gradiente eletroquímico na membrana. 
· 2° estágio: ocorre um fluxo de H+ que desce pelo gradiente eletroquímico, produzindo o ATP. Esse processo faz a ativação de um complexo denominado ATP sintase;
· O gradiente eletroquímico é uma forma de energia armazenada, ou seja, possui potencial para trabalho; 
· O H+ pode então mover-se de volta para sua matriz, contra o gradiente, através do ATP sintase, num processo que gera ATP pelo ADP + Pi. 
· Acoplamento quimiosmótico: antes conhecido como “hipótese quimiosmótica”, “quimi” vem da produção de ATP e “osmótico” devido ao atravessamento da membrana. 
Mitocôndria: 
· Produz a maior parte do ATP nas nossas células, além do ciclo de Krebs cujos grupos acetil produzem CO2 e NADH. 
· NADH doa e- para a cadeia transportadora de elétrons e torna-se oxidada NAD+.
· A transferência de elétrons promove o bombeamento de prótons e síntese de ATP no processo denominado fosforilação oxidativa. 
· Células que necessitam de grandes quantias de energia, como o coração, possuem maiores quantidades de mitocôndrias. 
· As mitocôndrias possuem suas próprias cópias de DNA e RNA, essas cópias são contínuas em seus sistemas de transcrições e translações, produzindo também os seus próprios ribossomos.
· São capazes de se auto-regenerar sem a necessidade da divisão de toda a célula. 
· Sua forma e tamanho dependem na função da célula em que está contida. 
· Matriz: O espaço interno da mitocôndria contém uma mistura muito concentrada de inúmeras enzimas (incluindo as utilizadas para a oxidação do piruvato e ácidos graxos que participam do ciclo de Krebs = ciclo do ácido cítrico). A matriz também contém inúmeras cópias do genoma do DNA mitocondrial, ribossomos especiais mitocondriais, tRNAs e várias enzimas requeridas para a expressão dos genes mitocondriais. 
· Membrana interna: contém várias cristas, as quais aumentam muito a área superficial. Contém um tipo de proteína com três tipos de funções: 
1. Aquela que carrega a reação oxidativa da cadeia de transporte de e-;
2. ATP sintase que produz o ATP dentro da matriz;
3. Proteínas transportadoras que permitem a passagem de metabólitos para dentro e para fora da matriz;
O gradiente eletroquímico de H+, o qual transporta o ATP sintase, é estabelecido através da membrana, assim deve ser impermeável aos íons e à maioria de pequenas moléculas. A membrana interna é o sítio da cadeia de transporte de elétrons, através dela ocorre a bomba de prótons e contêm a ATP sintase. 
· Membrana externa: devido a sua grande quantia de proteínas formadoras de canal, esta membrana é permeável a pequenas moléculas. Há outras proteínas nessa membrana, incluindo enzimas envolvidas na síntese lipídica mitocondrial e enzimas que convertem substratos lipídicos em formas que posteriormente serão metabolizadas na matriz. 
· Espaço intermembrana: contêm inúmeras enzimas envolvidas na passagem de ATP para fora da mitocôndria para fosforilar outros nucleotídeos. 
· A mitocôndria utiliza o piruvato e ácido graxo para produzir acetil CoA na matriz. O ciclo do ácido cítrico produz NADH e FADH2, os quais carregam os e- pela cadeia transportadora de elétrons. 
· Bomba de próton: muitas moléculas conseguem suprir e-, como carboidratos e ácidos graxos. O2 atua como um aceptor de prótons = elétrons (dentro da matriz), o qual utiliza H+ (resto) para formar H2O. 
· Cadeia transportadora de elétrons: localiza-se na membrana mitocondrial interna, também denominada cadeia respiratória. Há 15 proteínas envolvidas nesta cadeia – são divididas em três grandes complexos de enzimas respiratórias, as quais bombeiam prótons através da membrana ao mesmo tempo em que e- são transferidos. 
· Gradiente de prótons: gerado pela transferência de elétrons e faz com que ocorra a ativação da ATP sintase. O ph da matriz é maior que o ph do espaço intermembrana. (Próton -> H+).
· Fosforilação oxidativa: a ATP sintase é o complexo protéico (enzima) responsável por fazer ATP através da passagem de H+ pela membrana. 
· Bomba bidirecional: 
· ADP + Pi = ATP -> síntese (rotação sentido horário)
· ATP = ADP + Pi -> hidrólise (rotação sentido anti-horário)
· A presença de ATP faz com que haja um acúmulo de H+ por mais tempo na matriz. O2 impede a hidrólise do ATP mantendo o H+ mais tempo dentro da matriz mitocondrial. 
· Envelhecimento mitocondrial: é natural, porém questões comportamentais podem causar envelhecimento precoce (consumo de álcool, cigarros, sedentarismo...).
· Nascemos com o DNA mitocondrial intacto, mas com o envelhecimento o DNA passa a sofrer mutações (radicais livres ou reativos de oxigênio). Para que haja a renovação mitocondrial deve haver fadiga muscular ou exercícios aeróbicos de alta freqüência (HIIT). Quando temos muito DNA mitocondrial mutado pode ocorrer a biogênese mitocondrial, que pode dar certo (havendo a renovação) ou pode ocorrer contrário (havendo muito mais mutação e até a morte mitocondrial). Lembre que elas podem se auto-renovar independentemente do resto da célula. 
· Mitocôndrias e a inflamação: as mitocôndrias produzem naturalmente os reativos de oxigênio (ex: peróxido de hidrogênio, óxido nítrico, ânion superóxido, oxigênio singlete...). Esses reativos (= radicais livres) ativam a inflamação gratuitamente. O excesso de carboidratos na alimentação faz com que as mitocôndrias utilizem essa via para produzir ATP, induzindo a maior formação de radicais livres, que por sua vez impactam muito no metabolismo celular provocando vários prejuízos, dentre eles, mutação do DNA mitocondrial e ativação de vias de inflamação.