Esquema Mitocôndria PDF

Preview

Summary

Estrutura, função...

Description

MITOCÔNDRIAS Tamanho de 0,5 a 1 µm de diâmetro e de 0,5 a 10 µm de comprimento. Forma à esférica até alongada. Varia conforme tipo celular. Sua função principal é a geração de energia, sendo básica para todos os tipos celulares, variando a quantidade conforme necessidade da célula em questão. Assemelham-se muito a bactérias ancestrais, teoria endossimbiótica, sendo que sua origem remete a elas. Assim como as bactérias podem se reproduzir por fissão (é partida ao meio) e fusão (quando duas mitocôndrias se unem para formar uma). É uma organela muito custosa para célula, uma vez que precisam de substrato para cumprir suas funções. Assim, quando a célula não precisa de muito ATP, ela diminui seu número de mitocôndrias por meio da fusão ou direcionamento à apoptose. De acordo com a demanda, elas podem estar em um local específico do tecido/célula. Por exemplo, no espermatozoide há mais mitocôndrias no flagelo, uma vez que é a região que mais precisa de ATP para locomoção.

As mitocôndrias apresentam membrana dupla - uma interna e uma externa. Na teoria endossimbiótica isso é explicado pelo englobamento da bactéria que a originou. Entre as membranas interna e externa há espaço intermembrana. Na membrana interna há várias invaginações que formam as cristas mitocôndriais. Essas tem função de aumentar a área de absorção e contato para otimizar as reações que ali ocorrem. Dentro das cristas há o espaço da crista, uma continuação do espaço intermembrana.

Delimitado pelas cristas e espaço interno há matriz mitocondrial, que é como se fosse o citoplasma da mitocôndria, local onde ocorrem algumas reações.

Diferenças entre membrana externa e interna Membrana externa: Muito porosa e permeável. Composta por 50% de proteínas e 50% de lipídios e cheia de porinas, passam muitas moléculas. Assim, pH é o mesmo do citoplasma celular. Somente íons de muita carga e moléculas muito grandes tem dificuldade em atravessar. Membrana interna: Permeabilidade muito menor. Composta por cerca de 75% de proteínas que podem fazer parte da cadeia transportadora de elétrons, da FAD, da succinato desidrogenase, ATP sintase e proteínas de transporte. Apresenta fosfolipídeo cardiolipina, que só existe na membrana interna. Cardiolipina apresenta 4 cadeias de ácidos graxos, o que diminui mais ainda permeabilidade da membrana interna.

Nela existe DNA e RNA mitocondrial. Assim, há mecanismos de replicação desse DNA e de formação proteica. Há várias enzimas que participam do ciclo do ácido cítrico, da Beta-oxidação e do metabolismo de compostos aminados. Ocorre síntese de hormônios esteroides (oriundos do colesterol) e nessa matriz são acumulados grânulos de fosfato de cálcio para servirem como reserva de substrato. O DNA mitocôndrial, assim como o de bactérias, é circular. Ele tem muito menos nucletídeos do que o DNA nuclear; codifica apenas 22 genes do RNA transportador, 2 do RNA ribossômico e 13 regiões codificadoras de proteínas que formam RNA mensageiro. Assim, ele não tem todas as proteínas necessárias para cumprir sua função.

De onde vem as demais proteínas mitocondriais? Ocorre importação de proteínas codificadas pelo núcleo celular, que chegam à mitocôndria por meio de uma sequência sinal em sua região N-terminal. Na maior parte das vezes essas proteínas são produzidas no citoplasma celular e, sem serem levadas ao retículo, fazem um transporte pós-traducional até a membrana mitocondrial.

Há vários complexos que fazem parte desse transporte pós traducional e translocação para dentro da mitocôndria. Complexo TOM (translocador externo da mitocôndria): É um transportador que reconhece sequência sinal e direciona proteínas mitocondriais para dentro da mitocôndria. Complexo SAM: Está alocado na membrana mitocondrial externa. É responsável por anexar as proteínas, principalmente as com formato barril Beta, à membrana mitocondrial externa como proteínas integrais. Complexo OXA: Está alocado na membrana mitocondrial interna. Promove a inserção de proteínas na membrana mitocondrial interna como proteínas de membrana. Complexo TIM23: Está alocado na membrana mitocondrial interna. Promove tanto o transporte de proteínas do espaço intermembrana - oriundas do complexo TOM - à matriz mitocondrial, quanto a inserção de proteínas na membrana mitocondrial interna como proteínas de membrana. Complexo TIM22: Está alocado na membrana mitocondrial interna. Promove o transporte de proteínas do espaço intermembrana à matriz mitocondrial. Se a proteína fosse translocada já em sua conformação funcional (terciária/quaternária) transporte seria dificultado. Então, o grupo de chaperonas HSP70 citosólicas se liga à proteína impedindo que ela se configure nessas conformações finais.

Para mitocôndria internalizar a proteína, HSP70 citosólica é retirada com gasto de ATP. O gradiente eletroquímico (matriz negativa e intermembrana positiva) facilita a entrada da sequência sinal pelo complexo TIM e a quebra ATPásica ajuda na sua inserção na matriz mitocondrial. Então peptidases retiram sequência sinal e permitem com que as devidas chaperonas HSP70 mitocondriais promovam o enovelamento proteico.

ALBERTS (2017)

ALBERTS (2017)

A principal função é a respiração celular, onde vai ocorrer a oxidação de determinadas moléculas orgânicas e nesse processo essa energia irá ser aproveitada para a síntese de ATP. Ela irá usar diversos compostos diferentes para liberar gás carbônico como um tipo de dejeto e vai produzir água utilizando oxigênio pela sua oxidação e liberando uma molécula de ATP. No caso dos açúcares, são transformados pela glicólise em piruvato no citoplasma e esse piruvato adentra matriz pelo transporte acoplado de prótons. No caso das gorduras, quando são quebradas o ácido graxo formado é direcionado à matriz por meio de proteínas de transporte, o chamado complexo carnitina acil-transferase. Esse complexo apresenta uma carnitina na membrana externa e uma na membrana interna. Piruvato e ácido graxo, independentemente da origem, são transformados em acetil-coA que ao entrar na matriz mitocondrial pode reagir com oxaloacetato e iniciar ciclo do ácido cítrico. Nesse ciclo há formação de gás carbônico, GTP/ATP e carreadores de elétrons (NAD e FAD). Na cadeia transportadora de elétrons o NADH doa elétrons ao complexo 1, impulsionando prótons da matriz ao espaço intermembrana. Assim por diante, esses elétrons são atraídos para ubiquinona, pelo complexo 2 e pelos demais complexos que carreiam esses elétrons. Devido ao transporte de prótons ao espaço intermembrana é formada força próton-motriz (gradiente eletroquímico + gradiente de voltagem), que impulsiona prótons a voltarem à matriz gerando ATP por meio da ATP sintase. A ATP sintase tem uma região chamada de estator, mais estável, e uma região chamada de rotor, que acaba girando na região central da proteína. Ela gira quando prótons são impulsionados de volta à matriz. Esse rotor é formado por 6 subunidades que têm associadas a si uma molécula de ADP e um fosfato, mas que não conseguem fazer essa ligação dos dois para gerar um ATP. Quando os prótons passam por essa região interna da ATP-sintase, geram uma alteração conformacional na ATP-sintase que vai facilitar a associação do ADP com o fosfato e liberar o ATP.

O ATP gerado pela respiração celular, além de ser usado pela própria mitocôndria, também precisa voltar para citosol. Para que esse ATP volte ao citosol existe proteína carreadora de ATP/ADP na crista mitocondrial. Ela é uma cotransportadora antiporte que coloca ADP dentro da matriz mitocondrial ao mesmo tempo em que leva ATP de volta ao citosol.

O que faz com que essa proteína não faça o transporte de maneira contrária? O ATP (-4) tem carga mais negativa que o ADP (-3). Como a região intermembrana é mais positiva e matriz mitocondrial mais negativa, o gradiente elétrico mantém que ADP adentre matriz e ATP saia para citosol.

Moléculas desacopladoras fazem com que ao invés de prótons retornarem à matriz mitocondrial pela ATP sintase, eles retornem por meio de desacopladores. Ou seja, não haverá geração de ATP e, consequentemente, haja geração de energia na forma de calor. Assim, dependendo da situação, podem ser responsáveis por um estado febril no indivíduo. Esse processo ocorre de maneira fisiológica e saudável no tecido adiposo marrom, muito expresso nos recém-nascidos. Esse tecido possui uma proteína desacopladora chamada termogenina, que promove a geração de calor ao invés de ATP nesse tecido. Como esse tecido está sempre gerando calor, tem uma grande quantidade de mitocôndrias.

Em uma respiração celular correta, elétrons passam por todos os complexos antes de atingirem oxigênio na matriz mitocondrial, perdendo reatividade conforme passa pelos complexos. Nem sempre essa passagem dos elétrons passa pelos complexos de maneira ideal, por vezes alcançam oxigênio ou nitrogênio sem passar por todas as etapas. Nesse caso, surgem os radicais livres ou chamados espécies reativas de oxigênio (ROS) ou espécies reativas de nitrogênio (NOS).

Esses radicais livres causam diversas interferências dentro da célula. Podem aumentar danos ao DNA mitocondrial, podem alterar as proteínas mitocondriais, podem ser transportados ao citosol, levar à mitocôndria à apoptose, ... Esses danos contribuem enormemente para o envelhecimento celular. Devido a eles, célula tem que trabalhar muito para tentar eliminá-los, gastando energia que seria direcionada a outras funções.

Por que muitas vezes esse envelhecimento está relacionado à nossa dieta? Quanto mais moléculas carreadoras de elétrons, maior a probabilidade de radicais livres serem formados. Assim, quanto mais um indivíduo se alimenta, mais moléculas carreadoras de elétrons são formadas e, consequentemente, maior a probabilidade de radicais livres formados.

Neuropatia ótica de Leber Mutações do DNA mitocondrial, que podem surgir por meio dos radicais livres, afetam Complexo 1 da cadeia respiratória. Isso prejudica a produção de ATP e pode levar a desordens musculares como essa neuropatia, dificultando a miose (contração) e a midríase (dilatação) da pupila. Isso dificulta a visão. Epilepsia mioclônica e Doença da Fibra Vermelha Irregular (MERRF) A formação de radicais livres pode atingir genes que produzem RNA-transportador mitocondrial, diminuindo produção de proteínas mitocondriais importantes para a cadeia respiratória. Então, há diminuição da quantidade de ATP, levando a vários episódios epiléticos que podem causar alterações musculares. Na formação dos indivíduos, há um processo de seleção das organelas no qual no caso de haver mitocôndrias danosas e saudáveis, organismo costuma escolher entre uma ou outra. O DNA mitocondrial é herdado da mãe, então, doenças mitocondriais vem pelo lado materno. Apesar disso, estudos revelam que os homens que apresentam um número muito grande de mitocôndrias por heteroplasmia - quando há mistura de mitocôndrias benéficas e maléficas -, o DNA mitocondrial paterno pode interferir diretamente no DNA nuclear, tornando o dano herdável....