Transformação e Armazenamento de Energia

 Transformação e Armazenamento de Energia

1. Introdução

Várias funções celulares. Todas necessitam de energia para realização de suas atividades básicas e especializadas.

Energia provém da energia da quebra de ligações covalentes dos compostos orgânicos. Vegetais: retirada da energia da luz solar. Produção de compostos orgânicos. Animais utilizam essa energia armazenada nas ligações.

Ciclo de energia na natureza: Seres autróficos produzem seus alimentos e obtém energia destes. Os seres heterotróficos retiram a energia dos alimentos produzidas pelas células dos seres autróficos. Células usam energia de forma “gradual”, não combustão.

Utilização de um composto intermediário: ATP (entre outros). Geralmente produzido a partir da energia contida na molécula de glicose. 1 ATP tem 2 ligações ricas em energia. Cada ligação produz 10 Kcal por mol.

Ácidos Graxos mais energéticos

1 mol de ác. Palmítico = 126 mol de ATP.

1 mol de glicose = 38 mol ATP.

Energia contida no Glicogênio suficiente para um dia. Depósito energético de gordura tem energia para um mês. 

Glicogenossíntese: polimerização da glicose para formar glicogênio, acumulado no citoplasma como depósito. Fígado e músculo possuem grandes quantidades (mantém o nível sérico constante de glicose entre as refeições).

Citoplasma contém energia acumulados em moléculas de triaglicerídeos (gorduras neutras) e de moléculas de glicogênio (forma estável = dinheiro depositado no banco). Possui também energia mas facilmente disponível o ATP (dinheiro da mesada). ATPase é facilmente encontrada no citoplasma para abrir o cofre do ATP (ligação do P).

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + Energia

A queima da glicose libera 690 Kcal/mol, água e CO2. Na célula essa reação tem que ocorrer de forma lenta. Utilização de 2 processos: Glicólise Anaeróbia e Fosforilação Oxidativa. Lavoiser e Laplace: um tipo de combustão, muito lenta, mas não obstante inteiramente análogo à do carvão.

Glicólise Anaeróbia

11 enzimas citosol produzem 2 moléculas de piruvato a partir da glicose sem a participação de O2. A célula tem como ganho energético 2 ATP. 2 ADP + 2Pi + energia da glicose -> 2 ATP. Processo pouco lucrativo para a célula 690 Kcal/mol da glicose apenas 20 Kcal/mol são aproveitados (em um primeira instância).

Fosforilacào Oxidativa

Escala filogenética mais recente. Aparecimento de O2 na atmosfera. Maior rendimento energético. Piruvato é oxidado até formação de água e CO2 com alto rendimento energético. Três mecanismos interligados: Produção de Acetil coenzima A (Acetil CoA), o ciclo de Krebs e o sistema transportador de elétrons.

Produção de Acetil CoA

Formada a partir da CoA e da molécula de piruvato derivado da glicólise, ou por oxidação dos ácidos graxos. O piruvato é transformado em Acetil CoA por ação de um complexo desidrogenase do piruvato (cópias múltiplas de três enzimas, cinco co-enzimas e duas proteínas reguladoras). Converte o piruvato em Acetil + CoA, liberando CO2, que é eliminado da mitocôndria, e produzindo também um molécula de NADH. A Acetil CoA entra no cilco de Krebs.

Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs ou dos ácidos tricarboxílicos)

Sequência cíclica de reações enzimáticas na qual ocorre produção de elétrons e prótons (desidrogenases atuam). Os elétrons são captados e transportados por moléculas especializadas NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídio), FAD (flavina-adenina-dinucleotídeo) e citocromos em um processo de oxi-redução. O hidrogênio, resultante das reações é liberado na matriz mitocondrial, sob a forma de prótons (H+). Acetil CoA é transformada em ácido cítrico, sofre uma série de modificações e acaba produzindo ácido oxalacético, que por sua vez, recomeça o ciclo. Desidrogenases produzem hidrogênio que dará prótons e elétrons. Descarboxilases levam à produção de CO2 e existe uma reação exoenergética que promove a síntese de 2 mol de ATP (rendimento energético direto baixo). Porém produz elétrons de alta energia e prótons. O ciclo de Krebs também produz metabólitos para a síntese de carbohidratos e amino ácidos.

Sistema Transportador de Elétrons

Cadeia formada por enzimas e compostos não enzimáticos, cuja função é transportar elétrons. Citocromos (ricos em ferro). Ao longo dessa cadeia os elétrons vão perdendo energia (veiculados em 3 lugares dessa cadeia), onde são produzidos ATP (36 mol/ATP por mol glicose). No final do sistema transportador, os elétrons ativam moléculas de oxigênio, produzindo O- (graças a citocromo-oxidase). Como na mitocôndria o consumo de oxigênio está relacionado com o fosforilação do ATP, recebeu o nome de oxidação fosforilativa. A mitocôndria é altamente eficiente. 50% da energia liberada dos nutrientes durante a oxidação fosforilativa é armazenada em forma de ATP, e os outros 50% são dissipados em calor mantendo a temperatura corporal constante.  

A Mitocôndria (mitos: filamentos, condria: partículas)

Organelas de forma arredonda ou alongada, presentes no citoplasma de células eucariontes, e que exercem importante função de respiração aeróbia. Contém enzimas relacionadas com síntese proteíca, transaminação de amino ácidos, síntese de hormônios esteróides, e outros processos metabólicos.

Movimentam-se pelo citoplasma em relação com o citoesqueleto. Relação da posição dessas organelas e a função celular (principalmente onde necessita muito energia). Cel musculares , da retina, epitélios ciliados (próximo aos cílios), SPTZ (próximo ao flagelo) etc, possuem muitas mitocôndrias, ao contrário dos fibroblastos e linfócitos que possuem menos mitocôndrias. Também, células onde existe um transporte de íons muito acentuado, como no estômago e rins existem um acúmulo de mitocôndrias.

Constituição lipo protêica  (peso seco: 3/4 proteínas e ¼ lipídios). Lipídios mais encontrados na membrana mitocondrial. DNA e três variedades de RNA.

Lipídios: fosfolipídios (maior parte), triacilglicerídios e colesterol. Proteínas (70 enzimas respiração celular e outras funções de síntese).

Membrana dupla e matriz mitocondrial. Membrana externa lisa, permeável a enzimas, lipídios e ácidos graxos (ate 10 000 Daltons). Presença de porinas (proteínas que facilitam permebilidade). Membrana interna, rica em enzimas seleciona a passagem de substâncias e íons para a matriz. Membrana externa rica em colesterol. Membrana interna rica em cardiolipina (que dificulta a passagem de íons). Mantém o gradiente iônico. Semelhante à membrana bacteriana. Os fosfolipídios das membranas mitocondriais são produzidos do RE.

Entre as duas membranas existe o espaço intermembranoso. A membrana interna apresenta invaginações. Cristas ou invaginações semelhantes à dedos de luva para aumentar a superfície de contato.

Na superfície interna (em contato com a matriz) da membrana interna existem pequenas partículas em forma de raquete chamados de Corpúsculos elementares. Na matriz mitocondrial existem ribosomos (presos a membrana interna). O estudo das mitocôndrias pode ser refinado quando houve fragmentação e estudo dessas partes da mitocôndria. Martriz contém: a)enzimas  e proteínas que contém a cadeia de transporte de elétrons. b) proteínas dos corpúsculos elementares com atividade de ATPsintase. c) proteínas que fazem parte dos sistemas de transporte ativo presentes na membrana interna.

Teoria Quimiosmótica

Teoria para explicar o acoplamento do processo oxidativo mitocondrial com a síntese de ATP a partir de ADP, segundo a qual os íons H+ produzidos no ciclo de Krebs na matriz mitocondrial, são transportados ativamente através da membrana interna e acumulados do espaço intermembranoso  (graças á energia liberada pelos elétrons, durante a sua passagem pela cadeia transportadora de elétrons). A energia do fluxo de prótons é usada para formar ATP a partir do ADP e Pi. Também na membrana interna existe um proteína chamada Termogenina que permita o fluxo retrógrado de prótons dissipando 100% de sua energia com calor. O tecido adiposo multilocular é rico em mitocôndrias e rico em termogenina. É um tecido produtor de calor.

Genoma Mitocondrial

As mitocôndrias possuem capacidade de se dividirem in vitro. Elas possuem DNA, e os três tipos de RNA (rRNA, mRNA e tRNA). Possui um sistema de produção de proteínas independente do citoplasma. O DNA é muito compacto (sem íntrons como as bactérias), com código genético próprio. Origem exclusivamente materna. A função do DNA é especificas a sequência de algumas proteínas mitocondriais e produção dos 3 tipos de RNA. Já sequenciado (genes para os RNAs, e proteínas entre elas parte da cadeia de elétrons). Não possuir sistemas de reparo do DNA. Mutações mais frequentes.

Origem das Mitocôndrias

A presença de DNA, RNA e sistema de autoduplicação sugerem que as mitocôndrias originam-se de bactérias aeróbicas, que estabeleceram relação simbiótica com células eucarioentes. A membrana externa é semelhante à membrana plasmática, enquanto a interna é semelhante à das bactérias (que possivelmente teriam sido fagocitadas). Finalmente a observação que antibióticos que inibem a síntese protéica bacteriana também agem sobre os mitocôndrias. Os ribossomos mitocondriais são semelhantes aos das bactérias e inibidos pelo cloranfenicol (síntese protéica). A cicloheximida bloqueia o ribossoma citoplasmático mas não o mitocondrial.

Doenças Relacionadas à Mitocôndria

A produção de ATP à partir da energia liberada pela oxidação e transferida para o ATP graças à fosforilação do ADP. O Dinitrofenol desacopla essa transferência de energia bloqueando a síntese do ATP e dissipando sob a forma de calor.  O citocromo oxidade (que reduz o Oxigênio O -> O-) é fortemente inibido pelo cianeto.

Doença de Luft, aumento de mitocôndrias em células musculares, com metabolismo basal aumentado, simulando hipertireoidismo. Também a oxidação fosforilativa está parcialmente desaclopada.

Miopatia mitocondrial infantil: fatal e acompanhada de lesão muscular e disfunção renal (cel renais e musculares são ricas em mitocôndrias). Diminuição acentuada ou completa das enzimas da cadeia transportadora de elétrons. Homens e mulheres podem ter doenças mitocondriais, mas somente existe transmissão por via materna.

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