Mitocôndria e Síntese de Energia

Prévia do material em texto

MITOCÔNDRIA E SÍNTESE DE ENERGIA
❖INTRODUÇÃO
As mitocôndrias estão presentes em praticamente todos os tipos
celulares eucariontes, possuindo morfologia e distribuição variáveis nos
diferentes tipos celulares.
Sua morfologia pode ser alongada, anelada, ovalada, ramificada,
arredondada… etc. E sua distribuição depende do tipo de função celular,
podendo ela ser distribuída uniformemente ou concentrada, caso a
demanda energética seja alta (se encontrará próxima a fonte de
combustível).
Exemplo: os flagelos, que possuem função de movimentação celular, têm
uma grande concentração de mitocôndrias em sua “cauda”; bem como
as células musculares esqueléticas, as quais necessitam de muita
energia.
❖PRINCIPAL FUNÇÃO
Tem como principal função a produção de ATP, que pode ser empregada
para a realização de mecanismos celulares como:
- Reações enzimáticas;
- Transporte ativo;
- Biossíntese de biomoléculas;
- Transmissão do impulso nervoso;
- Movimento celular;
- Contração muscular.
ATP >>> ADP >>> AMP
O ATP pode ser produzido por três vias:
- Glicólise (citoplasma);
- Dentro das mitocôndrias (através da oxidação de diversos
substratos, como glicose e ácidos graxos);
- Nos cloroplastos.
❖COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Membranas lipoproteicas:
- MME: 50% de lipídeos (colesterol) + 50% pins ;
- MMI: 20% de lipídeos e 80% de pins;
- Complexo ATPásico: ATPsintetase;
- Partícula FoF1: contém o sítio catalítico para a síntese de ATP (o
fator Fo é um pedúnculo que associa F1 com a membrana).
❖ULTRA ESTRUTURA
É formada por duas membranas, uma interna e outra externa, pela
crista e pela matriz mitocondrial, além do espaço intermembranoso.
Quanto a permeabilidade das membranas:
- H20, O2 e pequenos ácidos graxos conseguem permear livremente
para dentro da matriz mitocondrial;
- NAD, NADH, AMP, ADP, ATP, GTP, CoA, AcetilCoA, H+ e Pi são
transportados para dentro através de proteínas carreadoras ou
translocases, pois a membrana interna é impermeável a essas
moléculas.
❖ESTRUTURA E FISIOLOGIA MITOCONDRIAL
Tanto a MME quanto a MMI são compostas por bicamadas lipídicas,
divergindo apenas nas composições lipídicas e proteicas.
➢ MEMBRANA MITOCONDRIAL EXTERNA
- 6nm de espessura, 50% lipideos + 50% píns, rica em colesterol;
- ⇑ permeabilidade a íons, metabólitos (de até 5kDa), C02, O2,
ATP e ADP;
- Quem confere essa permeabilidade, principalmente, é a Porina
(proteína de superfície de membrana, com 1nm de canal);
- Além da porina, têm-se a presença de outras proteínas, ligadas
ao metabolismo celular, como a colina-fosfotransferase, a
glicerofosfato-acil-transferase, a acil-CoA-graxo-sintase, a
monoamino oxidase e a fosfolipase; e utras ligadas a importação
de pins mitocondriais, como as que compõem o complexo TOM;
- E, por fim, as pins envolvidas na apoptose, como as pins BCL-2 e
BCL-XL.
MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA
- 80% proteínas + 20% lipídios; os lipídios apresentam a
cardiolipina (fosfolípideo), a qual dificulta a passagem de
partículas com carga elétrica pela MMI (íons), os quais em alta
[ ] na matriz mitocondrial poderiam interferir na síntese de ATP;
- Apresenta uma série de dobras ou invaginações sobre a matriz
mitocondrial, as quais são chamadas de cristas;
- As cristas mitocondriais refletem a atividade respiratória da
célula, visto que contém pins que participam do transporte de
elétrons, da fosforilação oxidativa e da síntese de ATP;
- As cristas fazem com que a superfície de contato com a matriz
seja ampliada, facilitando, por sua vez, a eficiência das reações
químicas que ocorrem nela;
- As cristas mitocondriais podem variar em morfologia e quantidade
de acordo com o tipo e atividade celular;
- A MMI é livremente permeada apenas por O2, CO2 e H20;
- Íons não são permeáveis pela MMI, o transporte deles é regulado
por outros canais, como o antiporte K+/H+, o canal de K+ sensível
à ATP (mitoKATP), o antiporte Na+/H+, o uniporte de Ca2+
sensível ao vermelho de rutênio, etc…
- Também se encontra na MMI o translocador de ADP-ATP,
denominada ANT (catalisa a troca de ADP citosólico por ATP
matricial);
- Além dessas, também se encontram proteínas especializadas no
transporte de carboxilatos (malato, succinato e citrato, por
exemplo), e aminoácidos (como o aspartato e o glutamato);
- A presença da cardiolipina em animais e plantas superiores é
restrita apenas a MMI, visto que é somente na mitocôndria que se
expressa a cardiolipina-sintase, enzima responsável pela síntese
da cardiolipina.
- A superfície interna da membrana a qual está em contato com a
matriz apresenta grande quantidade de partículas chamadas:
corpúsculos elementares (responsáveis pela síntese de ATP e
geração de calor-TERMOGÊNICA);
- As principais estruturas existentes na MMI são os complexos
enzimáticos (os quais formam a cadeia respiratória) e a proteína
F1Fo ATO Sintase (presente nos corpúsculos elementares);
★ Citocromos: participam da cadeia respiratória;
★ NADPHdesidrogenase: libera um par de elétrons para a cadeia
respiratória;
★ Succinato desidrogenase: catalisa uma das reações do ciclo de
krebs;
★ Carnitina aciltransferase: participa da transferência de ácido
graxo do espaço intermembranas para a matriz mitocondrial.
MATRIZ MITOCONDRIAL
- Apresenta características de gel (50% água);
- Contém o DNA mitocondrial, RNAs mitocondriais, ribossomos,
material protéico em forma de grânulos, Ca, Mg, cofatores, íons
inorgânicos, oxigênio dissolvido, C02, píns transportadoras;
- Rica em enzimas solúveis, a maioria partipantes do metabolismo
oxidativo;
- Enzimas e produtos intermediários do Ciclo de Krebs (exceto a
succinato-desidrogenase, que está na MMI), e enzimas da
β-oxidação dos ácidos graxos, algumas enzimas envolvidas no ciclo
da uréia, na depuração de espécies reativas do oxigênio, etc;
- Essas enzimas são fundamentais, pois previnem danos estruturais
e funcionais em lípidos e proteínas mitocondriais.
DNA MITOCONDRIAL
- As mitocôndrias, juntamente aos cloroplastos, são as únicas
organelas que contém genoma próprio;
- Contudo, a maioria das proteínas mitocondriais (aprox. 1000) são
codificadas pelo genoma nuclear;
- Herança exclusivamente materna (antes da fecundação, tem-se o
óvulo, com suas mitocôndrias livres pelo citosol, e o
espermatozóide, com suas mitocôndrias concentradas na cauda da
célula (devido a alta necessidade energética para locomoção);
contudo, na hora do encontro dos gametas, o espermatozóide
perde sua cauda, adentrando no óvulo apenas a cabeça, logo, às
únicas mitocôndrias restantes e que passaram por sucessivos
processos de replicação são as de origem materna, presentes no
óvulo anteriormente);
- O DNAm é responsável pela síntese de apenas 13 cadeias
polipeptídicas, sendo elas: sete subunidades da
NADH-ubiquinona-oxiredutase; uma subunidade da
ubiquinona-citocromo c-oxiredutase (complexo III); três
subunidades da citocromo-oxidase (complexo IV) e duas
subunidades da ATPsintase (Complexo V);
- Essas proteinas são pins integrais da MMI e, quando associadas a
outras subunidades (codificadas pelo genoma nuclear), fazem
parte da cadeia transportadora de elétrons;
- O DNAm é circular em cadeia dupla e se assemelha,
estruturalmente, ao DNA bacteriano;
- Nos mamíferos, o DNAm representa menos de 1% do DNA celular
total;
- Os processos de replicação, transcrição e síntese protéica
realizados através do DNAm ocorrem na própria organela, porém,
mediado por pins codificadas pelo DNA nuclear;
- 16.569 pares de bases constituem o DNAm humano; esse número
pode variar de acordo com a espécie analisada;
- Tanto o número de pares de bases como o próprio código genético
mitocondrial podem variar de organismo para organismo distintos;
- O genoma mitocondrial codificada, principalmente, componentes
envolvidos na respiração celular;
★ MUTAÇÕES NO DNA MITOCONDRIAL
- Doença de Luft
Se trata de um aumento de mitocôndrias no músculo esquelético
e diminuição no metabolismo basal; ou seja, há a geração de mais
calor e menos ATP;
- Miopatia Mitocondrial Infantil
Baixa presença ou ausência de enzimas da cadeiatransportadora
de elétrons, ocorrendo lesão nos músculos esqueléticos e disfunção
renal;
BIOGÊNESE DA MITOCÔNDRIA
As mitocôndrias são geradas através da divisão de uma mitocôndria já
existente após a duplicação do DNAm, ou seja, se multiplicam de
maneira semelhantes às bactérias (cissiparidade);
DEGRADAÇÃO DA MITOCÔNDRIA
Ocorre através da autofagia (digestão de organelas velhas ou
desnecessárias pelos lisossomos).
TERMOGÊNESE
- As proteínas desacopladoras (UCP), presentes na MMI, promovem
o influxo de prótons através da MMI, por uma via alternativa a da
ATP-sintase, levando ao desacoplamento da cadeia respiratória e
consequente dissociação do transporte de elétrons. Sendo assim,
parte da energia gerada pelo influxo de prótons é convertida em
calor (ação termogênica);
- PINS: UCP1 (expressa no tecido adiposo marrom e relacionada à
termogênese), UCP2 (ampla expressão fisiológica), UCP3
(expressa no tecido adiposo marrom e na musculatura esquelética,
também relacionada à termogênese), UCP4 e UCP5 (expressas no
cérebro, associadas tanto à termogênese quanto à regulação de
espécies reativas de oxigênio);
- Suspeita-se que a UCP3 está envolvida no mecanismo de ação do
hormônio tireoidiano T3 na elevação da taxa metabólica basal.
- As mitocôndrias estão presentes em número em células do tecido
adiposo marrom (tecido adiposo multiocular); especialmente na
membrana dessas células encontra-se a termoginina (pin com
função termogênica, ou seja, gerar calor).
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
A teoria endossimbiótica sugere que a mitocôndria deriva de uma
bactéria (célula procariótica aeróbica heterotrófica) a qual foi
fagocitada por uma célula eucarionte anaeróbia. Sendo que essa
bactéria escapou dos mecanismos de digestão da célula, passando a
conviver, com o tempo, em simbiose com ela. Logo, enquanto a célula
eucariota fornecia abrigo, proteção e nutrientes, a bactéria propiciou o
mecanismo da obtenção de energia por meios aeróbios (os quais são
muito mais eficientes quando comparados a fermentação, enquanto
essa libera 2 ATP a cada C6H12O6, a respiração celular produção 38
ATP por molécula de glicose).
EVIDÊNCIAS
● As mitocôndrias fazem síntese proteica e replicação do
DNAm independente daquela da célula;
● Seus RNA´s são semelhantes aos das bactérias;
● Possui DNA circular e não associado a proteínas, semelhante
ao DNA de uma bactéria;
● Presença de membrana dupla ao redor da organela;
● Semelhança estrutural dos ribossomos encontrados em
bactérias e nas mitocôndrias: 70s;
● Cardiolipina: presente apenas na MMI dos organismos
eucariontes e na membrana plasmática dos eucariotos;
● Os antibióticos eritromicina, tetraciclina e cloranfenicol
inibem tanto a síntese protéica bacteriana quanto a síntese
protéica mitocondrial, sem, no entanto, afetarem a síntese
protéica que ocorre no citosol das células eucarióticas
FUNÇÕES DA MITOCÔNDRIA
● Remoção de cálcio do citosol (quando há acúmulo de Ca2+ no
citosol);
● Síntese de aminoácidos nos hepatócitos;
● Síntese de hormônios esteróides (córtex da supra-renal. ovários e
testículos);
● Desencadeamento da apoptose (liberação de citocromo c e
pró-caspase);
● Respiração celular;
● Beta-oxidação de ácidos graxos (enzimas presentes na matriz
mitocondrial);
● Participação no Ciclo da Uréia;
● Termogênese (o calor é um subproduto durante a transformação
de energia);
● Destoxificação de amônia;
RADICAIS LIVRES (Espécies reativas do oxigênio
-ROS)
Radical livre é um átomo ou um grupo de átomos com elétrons não
pareados na última camada eletrônica; são altamente reativos. Quando
reagem com outras moléculas, podem transformá-las em outros radicais
livres, estabelecendo uma reação em cadeia.
O oxigênio busca completar seus dois últimos orbitais, sendo altamente
instável e reativo.
A forma mais importante de formação das espécies reativas tóxicas do
oxigênio é a cadeia respiratória.
A redução gradual de oxigênio por adição de um elétron de cada vez
gera intermediários reativos do oxigênio, como o O2- (radicais
superóxido), HO2 (hidroperoxila), OH (hidroxila) e o H2O2 (peróxido de
hidrogênio);
A modificação desses radicais livres em proteínas, liipídeos, carboidratos
e DNA pode gerar um estresse oxidativo, podendo vir acarretar em
diversas doenças;
O oxigênio é utilizado para se combinar com o hidrogênio ao final da
cadeia respiratória; 95% a 98% desse oxigênio consegue se combinar a
prótons de H e gerar água, porém, cerca de 2% a 5% ficam “livres”.
Entre os efeitos lesivos, pode-se citar danos causados às proteínas,
lipídios, carboidratos, enzimas, etc, o que leva a alterações metabólicas
no corpo humano. Sabe-se também que efeitos mutagênicos no DNA
também podem vir a ocorrer.
Atualmente, aproximadamente 40 doenças já foram associadas aos
Radicais Livres, como o Mal de Parkinson, Osteoporose, Enfisemas,
Angina, etc
Quem destrói os ROS? catalase, superóxido dismutase, glutationa
peroxidase e glutationa redutase.