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)