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
38 mol ATP
1 mol ácido palmítico
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
• Paramécio
• Músculo estriado
• Células sensitivas da retina
• Traquéia
Coloração de
Altmann
HE
• Túbulos contorcidos renais
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.
• 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
• Microscopia eletrônica
* Contrastação positiva
material
fixado
embeber
Solução metal pesado

acetato de uranila
Acúmulo
material
eletrodensas
* Contrastação negativa
material
Solução aquosa
sal eletrodenso

fosfotungstato de sódio
Não
penetração
de sal
regiões claras
e fundo
eletrondenso
• Análise de localização de enzimas nos componentes das
mitocôndrias
VI. FISIOLOGIA
Grande importância e
eficiência das mitocôndrias
Na glicólise: 1 mol glicose  2 mol ATP
Nas mitocôndrias: 1 mol glicose  30 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
Processos de
conversão de energia
ADP + Pi
ATP + H2O
• 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
2 RNAr
RNA e proteínas codificados pelo
DNAmt (37 genes)
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
23
Mutações no
DNAmt
23
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
Fenótipo
Mutação mais frequente no
DNAmt
Neuropatia óptica hereditária de Leber
Morte 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 Leigh
Neuropatia, ataxia, retinite pigmentosa,
retardo de desenvolvimento, retardo
mental, acidemia lática
Mutações de ponto na subunidade
ATPase do gene 6
MELAS
Encefalopatia mitocondrial, acidose lática
e episódios tipo derrame; pode se
manifestar apenas como diabetes melito
Mutações de ponto no RNtLeu
MERRF
Epilepsia mioclônica, fibras vermelhas
anfractuadas no músculo, ataxia, surdez
neurossensorial
Mutações de ponto no RNtLis
Surdez
Surdez 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 extraoculares
Mutação A7445G no RNAr 12S
Síndrome de Pearson
Insuficiência 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)