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Ultra-estrutura - Métodos de Estudo - Biogênese
Disciplina: Biologia Celular
Curso: Ciências Biológicas (UNESP/IBILCE)
Docente: Maria Tercília V. A. Oliveira
Pós-graduanda: Rita Luiza Peruquetti (PPG Genética)
I. Histórico
II. Características Gerais
III. Ultra-estrutura
IV. Biogênese
V. Métodos de Estudo
VI. Fisiologia
VII. Doenças de DNAmt e herança materna
I. HISTÓRICO
1840 - descoberta
• Células de rim e fígado Método de Régaud
arredondados
alongados
• Termo grego mitos (alongado) + chondrion (pequeno grânulo)
• 1948 – isolamento dessas organelas na forma intacta
• 1960 – esclarecimento da função
Mitocôndrais arredondadas
Mitocôndrais alongadas
II. CARACTERÍSTICAS
GERAIS
• A energia para as atividades metabólicas é produzida graças à energia contida nas moléculas de glicose e ácidos graxos.
1 mol glicose
1 mol ácido palmítico
38 mol ATP
126 mol ATP
• Nas células vegetais os compostos orgânicos são sintetizados por meio da fotossíntese.
Processos de transporte de elétrons.
(A) A mitocôndria converte energia de combustíveis químicos. (B) O cloroplasto converte energia da luz do sol.
Substratos
Produtos
• Células eucariontes obtêm energia por meio da ruptura gradual de ligações covalentes de moléculas de compostos orgânicos ricos em energia
• A energia é armazenada sob a forma de ATP (adenosina 5’ trifosfato)
•Fosforilação de outras moléculas;
• Transporte de substâncias para dentro e para fora das células;
• Energia para moléculas motoras;
• Transporte de materiais nos neurônios.
• Forma arredondada ou alongada
• Diâmetro: 0,5 a 1 µm
• Comprimento: 0,5 a 10 µm
• Organelas móveis
• Fixas em determinadas células
Epitélio ciliado: próximas aos cílios
Espermatozóides: ao redor do flagelo
Músculo estriado: entre os feixes de miofibrilas
Células sensitivas da retina
Células dos túbulos contorcidos distais
• Ovócitos e espermatozóides
• Músculo estriado
• Paramécio
• Traquéia• Células sensitivas da retina
As mitocôndrias encontram-se nos túbulos contorcidos do rim, onde atuam fornecendo energia para a bomba de sódio-potássio, que tem papel fundamental no
equilíbrio ácido-básico do organismo.
• Túbulos contorcidos renais
HEColoração de
Altmann
• Também podem estar associadas a grânulos de gordura
• Número
Extremamente variável demanda energética
Tipo celular Nº Mitocôndrias
Ovócito 300.000
Ameba gigante 10.000
Hepatócitos 500 a 1600
Células renais 300
Espermatozóides 25
Algas verdes 1
III. ULTRA-
ESTRUTURA
• Membrana externa
50 % de lipídios
50% de proteínas - várias enzimas
- Porina permeabilidade a todas as móleculas de 5000 daltons ou menos.
Lisa
Rica em colesterol
• Espaço intermembranas
Composição química semelhante a do citoplasma
Várias enzimas
• Membrana interna
Rica em cardiolipina
Termogenina
20% de lipídios
80% de proteínas com 3 tipos de funções
1. Aquelas que conduzem as reações de oxidação da cadeia respiratória.
2. Complexo enzimático = ATP-sintase
3. Proteínas transportadoras específicas, que tornam a membrana menos permeável, portanto possui maior seletividade.
• Matriz
Composição química seletiva = conteúdo altamente especializado
Centenas de enzimas - oxidação do piruvato
- oxidação de ácidos graxos
- ciclo do ácido cítrico
Grânulos eletrodensos = grumos contendo íons Ca++ e
Mg++
Aparato genético - DNA circular (1% do DNA do núcleo)
- RNAm
- RNAt
- RNAr (mitorribossomos)
* Replicação
* Transcrição
* Tradução de proteínas - 13 proteínas
IV. BIOGÊNESE
• Início da vida na Terra: ausência de O2
• Surgimento da respiração aeróbia: 2 bilhões de anos
•Bactérias aeróbias que estabeleceram relação simbiótica com células eucariontes anaeróbias
•Uso do antibiótico cloranfenicol
• Mitocôndrias apresentam um genoma próprio, embora incompleto
• 16.569 nucleotídeos
• 37 genes
2 RNAr
22 RNAt
13 RNAm
V. MÉTODOS DE
ESTUDO
• Microscopia de Luz
material Solução aquosa sal eletrodenso
fosfotungstato de sódio
regiões claras e fundo eletrondenso
Não penetração
de sal
* Contrastação negativa
materialfixado Solução metal pesado
acetato de uranila
eletrodensasembeber
Acúmulo material
• Microscopia eletrônica
* Contrastação positiva
• Análise de localização de enzimas nos componentes das mitocôndrias
VI. FISIOLOGIA
Grande importância e eficiência das mitocôndrias
Nas mitocôndrias: 1 mol glicose 30 mol ATP
Na glicólise: 1 mol glicose 2 mol ATP
• Queima de açúcar na célula (açúcar + O2) gera CO2 e H2O e transfere energia para moléculas carreadoras ativadas (ATP e NADH) hipótese quimiosmótica
• Glicose é degrada em etapas para não ocorrer toda a dissipação da energia sob a forma de calor
• ATP é produzido no citosol e nas mitocôndrias
• Quebra das moléculas de alimentos ocorre em 3 estágios:
• Digestão: intestino / lisossomos
• Glicólise: citosol
• Fosforilação oxidativa: mitocôndrias
• Cadeia transportadora de elétrons
NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H2O
ADP + Pi ATP + H2O
Processos de conversão de energia
• Estrutura do complexo ATP-sintase
• H+ voltam para a matriz pelo complexo ATP-sintase e geram energia para a seguinte reação: ADP + Pi ATP
• Estrutura da ATP-sintase
Acoplamento quimiosmótico. A energia proveniente da luz solar ou da oxidação de alimentos é primeiramente utilizada para criar um gradiente eletroquímico de prótons através de uma membrana. Esse gradiente serve como estoque versátil de energia e é utilizado para dirigir uma série de reações nas mitocôndrias, nos cloroplastos e nas bactérias.
3 H+ ou 4 H+ devem passar pelo complexo F1F0 para que 1 mol de ATP seja produzida;
Ocorre a produção de aproximadamente 100 mol ATP/s;
1 mol ATP é transportada para fora da mitocôndria e retorna a ela (como ADP) para ser “recarregada” mais de uma vez por minuto;
A quantidade de ATP deve ser maior do que a quantidade de ADP na célula para haver a compatibilidade com a vida;
ATP sintase pode trabalhar na ordem inversa: ATP ADP + Pi
VII. DOENÇAS DE DNA MITOCONDRIAL
E HERANÇA MATERNA
RNA e proteínas codificados pelo DNAmt (37 genes)
2 RNAr
22 RNA t
13 RNAm (enzimas da fosforilação oxidativa)
+ 74 genes codificados pelo
DNA nuclear
Doenças que envolvem fosforilação oxidativa podem decorrer de mutações no DNAmt ou no DNA nuclear
Mutações no DNA nuclear
Mutações no DNAmt
2323
46
Pai e mãe transmite a característica para prole Mãe transmite a característica para prole
As mutações no DNAmt em geral afetam os tecidos que precisam de uma FO intacta para atender as altas demandas energéticas
Doença FenótipoMutação mais frequente no
DNAmt
Neuropatia óptica hereditária de LeberMorte rápida do nervo óptico, levando à cegueira na vida adulta e jovem
Substituição Arg340His no gene ND1 do complexo I da cadeia de transporte de elétrons; outras mutações de sentido trocado no compelxo I
NRP, doença de LeighNeuropatia, ataxia, retinite pigmentosa, retardo de desenvolvimento, retardo mental, acidemia lática
Mutações de ponto na subunidade ATPase do gene 6
MELASEncefalopatia mitocondrial, acidose lática e episódios tipo derrame; pode se manifestar apenas como diabetes melito
Mutações de ponto no RNtLeu
MERRFEpilepsia mioclônica, fibras vermelhas anfractuadas no músculo, ataxia, surdez neurossensorial
Mutações de ponto no RNtLis
SurdezSurdez neurossensorial progressiva, em geral induzida por antibióticos aminoglicosídicos
Mutação A1555G no RNAr 12S
Oftalmoplegia externa progressiva crônica (CPEO)
Surdez neurossensorial não-sindrômica, fraqueza progressiva dos músculos extra-oculares
Mutação A7445G no RNAr 12S
Síndrome de PearsonInsuficiência pancreática, pancitopenia, acidose lática
Grandes deleções
Síndrome de Kearns-Sayre (KSS)PEO de início precoce com bloqueio cardíaco, pigmentação da retina
Grande deleção de 5kb
• Miopatias• Doença de Luft
Aumento mitocôndrias no tecido muscular esquelético
Aumento metabolismo basal
Hipertireoidismo
Formação de pouco ATP (mais calor)
“A forma mais benigna de miopatia mitocondrial pode causar só fraqueza proximal leve, que tende a ser mais intensa nos membros superiores. Há intolerância ao exercício em quase metade dos pacientes. A progressão é extremamente lenta e o paciente pode levar vida praticamente normal.”
: www.fcm.unicamp.br/.../ musmiopmitoc.html
HE Tricrômico de Gömöri
Succinato Desidrogenase MET
• Miopatia mitocondrial infantil
Doença fatal
Lesão músculos esqueléticos e disfunção renal
Ausência de enzimas na cadeia transportadora de elétrons
“Na extremidade grave do espectro está uma miopatia infantil com fraqueza e acidose láctica que se torna evidente já na 1ª semana de vida e é fatal antes de 1 ano. A atividade de citocromoxidase é praticamente ausente no tecido muscular.”
: www.fcm.unicamp.br/.../ musmiopmitoc.html
Site consultado:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=books
Livros consultados:
A Célula (2007)
Biologia Celular e Molecular – JUNQUEIRA E CARNEIRO (2000)
Biologia Molecular da Célula – ALBERTS (2004)
Molecular Biology of the cell – ALBERTS (1994)
The Cell : A Molecular Approach – GEOFFREY M. COOPER (2000)
Genética médica – THOMPSON & THOMPSON (2002)
Color Atlas of Genetics – EBERHARD PASSARGE (1995)