Aula 8 DNA mitocondrial

HERANÇA HERANÇA EXTRA-NUCLEAREXTRA-NUCLEAR

DNA DNA

MITOCONDRIALMITOCONDRIAL

MitocôndriaMitocôndria

• As mitocôndrias (do grego mito: filamento e chondrion: grânulo) estão presentes no citoplasma das células eucarióticas, sendo caracterizadas por uma série de propriedades morfológicas, bioquímicas e funcionais.

Organela citoplasmática formada por duas membranas Organela citoplasmática formada por duas membranas lipoprotéicas, sendo a interna formada por pregas. O interior é lipoprotéicas, sendo a interna formada por pregas. O interior é preenchido por um líquido denso, denominado matriz preenchido por um líquido denso, denominado matriz mitocondrial. mitocondrial.

Apresenta forma de bastonete ou esférica. Geralmente, são Apresenta forma de bastonete ou esférica. Geralmente, são estruturas cilíndricas com aproximadamente 0,5micrômetros estruturas cilíndricas com aproximadamente 0,5micrômetros de diâmetro e vários micrômetros de comprimento. de diâmetro e vários micrômetros de comprimento.

Quanto maior atividade metabólica da célula, maior será Quanto maior atividade metabólica da célula, maior será quantidade de mitocôndrias em seu interiorquantidade de mitocôndrias em seu interior. . Uma célula Uma célula hepática normal pode conter de 1.000 a 1.600 mitocôndrias, hepática normal pode conter de 1.000 a 1.600 mitocôndrias, enquanto alguns ovócitos podem conter até 300.000enquanto alguns ovócitos podem conter até 300.000..

Possuem DNA, RNA e ribossomos próprios, tendo assim Possuem DNA, RNA e ribossomos próprios, tendo assim capacidade de auto-duplicar-se.capacidade de auto-duplicar-se.

Dentro delas se realiza o processo de extração de energia dos Dentro delas se realiza o processo de extração de energia dos alimentos (respiração celular) que será armazenada em alimentos (respiração celular) que será armazenada em moléculas de ATP (adenosina trifosfato). É o ATP que fornece moléculas de ATP (adenosina trifosfato). É o ATP que fornece energia necessária para as reações químicas celulares.energia necessária para as reações químicas celulares.

Apresentam capacidade de movimentação, concentrando-se Apresentam capacidade de movimentação, concentrando-se assim nas regiões da célula com maior necessidade assim nas regiões da célula com maior necessidade energética.energética.

A mitocôndria é organizada emA mitocôndria é organizada em: :

a.a. Matriz: Matriz:

contêm uma mistura altamente contêm uma mistura altamente concentrada de centenas de enzimas, concentrada de centenas de enzimas, incluindo aquelas necessárias à incluindo aquelas necessárias à oxidação do piruvato e ácidos graxos e oxidação do piruvato e ácidos graxos e para o ciclo de Krebs. para o ciclo de Krebs.

A matriz contêm também várias cópias A matriz contêm também várias cópias do DNA mitocondrial, ribossomos do DNA mitocondrial, ribossomos mitocondriais essenciais, RNAt, e mitocondriais essenciais, RNAt, e várias enzimas requeridas para várias enzimas requeridas para

expressão dos genes mitocondriaisexpressão dos genes mitocondriais. .

b. Membrana Interna:

é desbobrada em numerosas cristas que aumentam grandemente a sua área superficial total. Ela contêm proteínas com três tipos de funções:

1.aquelas que conduzem as reações de oxidação da cadeia respiratória

2. um complexo enzimático chamado ATPsintetase, que produz ATP na matriz

3. proteínas transportadoras 3. proteínas transportadoras específicas, que regulam a específicas, que regulam a passagem para dentro e fora da passagem para dentro e fora da matriz.matriz.Uma vez que um gradiente Uma vez que um gradiente eletroquímico é estabelecido, eletroquímico é estabelecido, através dessa membrana pela através dessa membrana pela cadeia respiratória, para cadeia respiratória, para direcionar a direcionar a ATPsintetaseATPsintetase, é , é importante que a membrana seja importante que a membrana seja impermeável a maioria dos impermeável a maioria dos pequenos íons. pequenos íons.

c. Membrana Externa: c. Membrana Externa: devido ao fato de conter devido ao fato de conter uma grande proteína uma grande proteína formadora de canais formadora de canais (chamada de porina), a (chamada de porina), a membrana externa é membrana externa é permeável a todas as permeável a todas as moléculas de 5.000daltons moléculas de 5.000daltons ou menos. ou menos. - Outras proteínas - Outras proteínas existentes nesta membrana existentes nesta membrana incluem as enzimas incluem as enzimas envolvidas na síntese de envolvidas na síntese de lipídeos mitocondriais e lipídeos mitocondriais e enzimas que convertem enzimas que convertem substratos lipídicos em substratos lipídicos em formas que possam ser formas que possam ser subseqüentemente subseqüentemente metabolizados na matriz. metabolizados na matriz.

d. Espaço Intermembrana:d. Espaço Intermembrana:

esse espaço contêm várias esse espaço contêm várias enzimas que utilizam o ATP enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para proveniente da matriz para fosforilar outros fosforilar outros

nucleotídeosnucleotídeos. .

Eletromicrografia de uma mitocôndria de uma célula pancreática mostrando a membrana externa lisa e as numerosas invaginações da membrana interna chamadas de cristas. Notar também grânulos escuros de alta densidade no seio da matriz com diâmetro de 30 a 50 nm provavelmente constituído por um arcabouço protéico ou lipoprotéico ao qual se prendem íons de metais (cálcio e magnésio). Além desse componentes distingue-se com certa dificuldade no interior da matriz regiões filamentosas constituídas por filamento de DNA e ribossomos medindo 15nm de diâmetro.

Funções da mitocôndria:

- Produção de Energia- as substancias nutritivas penetram nas mitocôndrias, onde reagem com o gás oxigênio, em um processo comparável à queima de um combustível. Essa reação recebe o nome de respiração celular. A partir daí é produzido energia em forma de ATP (adenosina trifosfato).

- Respiração Celular através do Ciclo de Krebs e da Cadeia respiratória.

A mitocôndria realiza a maior parte das oxidações celulares e produz a massa de ATP ( energia celular) das células animais.

Na mitocôndria o piruvato e os ácidos graxos são convertidos em acetil-CoA que são oxidados em CO2, através do ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico).

Grandes quantidades de NADH e FADH2 são produzidas por essas reações de oxidação. A energia disonível, pela combinação do oxigênio com os elétrons reativos levados pelo NADH e pelo FADH2, é regulada por uma cadeia transportadora de elétrons na membrana mitocondrial interna denominada de cadeia respiratória.

A cadeia respiratória bombeia prótons ( H+) para fora da matriz para criar um gradiente eletroquímico de hidrogênio transmembrana. O gradiente transmembrana, por sua vez, é utilizada para sintetizar ATP e para dirigir o transporte ativo de metabólitos específicos através da membrana mitocondrial interna. A combinação dessas reações é responsável por uma eficiente troca ATP-ADP entre a mitocôndria e o citosol de tal forma que o ATP pode ser usado para prover muitas das reações celulares dependentes de energia.

Organelas que possuem DNA

Mitocôndrias e cloroplastos possuem genomas que não

apresentam herança Mendeliana

(determinada pelos gametas).

As mitocôndrias do embrião em

desenvolvimento são derivadas do óvulo, sendo o

DNA mitocondrial de origem materna.

Localização do DNALocalização do DNA

Localização do DNALocalização do DNA

As mitocôndrias contém 2 ou até

10 cópias de DNA

Os demais genes codificam rRNAs e

tRNAs para a síntese das proteínas

expressas pelo DNA mitocondrial

Localização do DNALocalização do DNAO DNA mitocondrial possui 37 genes:

Treze genes codificam para as

proteínas da cadeia respiratória e para

ATP-sintase.

Formado, geralmente, por moléculas Formado, geralmente, por moléculas

circulares de DNAcirculares de DNA

uma organela apresenta várias cópias de uma organela apresenta várias cópias de

seu genomaseu genoma

Genomas de cloroplastos são Genomas de cloroplastos são

relativamente grandesrelativamente grandes

Genomas de organelas são DNAs circulares que codificam as proteínas das organelas

mitocôndrias mostram tamanhos variados de genomamitocôndrias mostram tamanhos variados de genoma o número de genes codificadores de proteínas é o número de genes codificadores de proteínas é

pequenopequeno a maior parte é codificadora de componentes das a maior parte é codificadora de componentes das

subunidades dos complexos da respiração I-IVsubunidades dos complexos da respiração I-IV genes codificadores de RNAgenes codificadores de RNA

Genoma mitocondrial apresenta íntrons, exceto nos Genoma mitocondrial apresenta íntrons, exceto nos mamíferosmamíferos

não há introns e alguns genes se não há introns e alguns genes se

sobrepõemsobrepõem

as proteínas estão envolvidas na as proteínas estão envolvidas na

respiraçãorespiração

mtDNA de levedura é 5x maior mtDNA de levedura é 5x maior

do que o animal devido à do que o animal devido à

presença de longos íntronspresença de longos íntrons ocorre maior dispersão de lociocorre maior dispersão de loci

Organização do DNA mitocondrial é variável• DNA mitocondrial de células animais é compacto e codifica 13 proteínas, 2 rRNAs e 22 tRNAs

Mitocôndria evoluíu por endossimbioseMitocôndria evoluíu por endossimbiose Células primitivas capturaram bactérias que forneciam as Células primitivas capturaram bactérias que forneciam as

funções de mitocôndrias e cloroplastosfunções de mitocôndrias e cloroplastos Homologias em seqüências sugerem que mitocôndrias e Homologias em seqüências sugerem que mitocôndrias e

cloroplastos evoluíram separadamentecloroplastos evoluíram separadamente organelas devem ter transferido genes essenciais para o organelas devem ter transferido genes essenciais para o

núcleo da célulanúcleo da célula

- transferência ocorreu ao longo de períodos

evolucionários e ainda continua- mudanças na seqüência são necessárias

para o sucesso da expressão

O Genoma do cloroplasto codifica várias proteínas O Genoma do cloroplasto codifica várias proteínas e RNAse RNAs

Cloroplastos apresentam DNA com tamanho variado: 120-Cloroplastos apresentam DNA com tamanho variado: 120-190 kb190 kb

codifica todos os rRNAs e tRNAs necessários para a síntese codifica todos os rRNAs e tRNAs necessários para a síntese protéica, e aproximadamente 50 proteínasprotéica, e aproximadamente 50 proteínas

os genes da organela podem ser transcritos e traduzidos os genes da organela podem ser transcritos e traduzidos pelo aparato da mesmapelo aparato da mesma

a origem endossimbiótica do cloroplasto é enfatizada pelas a origem endossimbiótica do cloroplasto é enfatizada pelas

relações entre seus genes e seus correspondentes relações entre seus genes e seus correspondentes

bacterianosbacterianos

muitos genes dos cloroplastos codificam proteínas que muitos genes dos cloroplastos codificam proteínas que

compõem complexos localizados nas membranascompõem complexos localizados nas membranas

SOMENTETRANSMITIDA PELA MÃE :HERANÇA MATERNA

HERANÇA MITOCONDRIALHERANÇA MITOCONDRIALHERANÇA MITOCONDRIALHERANÇA MITOCONDRIAL

Homens

Mulheres

Um ovócito humano contém +/- 100mil Um ovócito humano contém +/- 100mil mitocôndrias, mais na medida que amadurece mitocôndrias, mais na medida que amadurece perde um número muito grande delas.perde um número muito grande delas.

O número real de mitocôndrias após a O número real de mitocôndrias após a maturação é desconhecido, com estimativas de maturação é desconhecido, com estimativas de menos de 10 a não mais que 100= menos de 10 a não mais que 100= Gargalo genético.

Durante os primeiro dias de divisão celular do Durante os primeiro dias de divisão celular do embrião o número de mitocôndrias por célula embrião o número de mitocôndrias por célula sobe para 10 mil ou mais.sobe para 10 mil ou mais.

HERANÇA MITOCONDRIAL: HERANÇA MITOCONDRIAL: o Gargalo Genéticoo Gargalo Genético


Se uma das mitocôndrias que sobrevive Se uma das mitocôndrias que sobrevive ao gargalo genético por acaso for ao gargalo genético por acaso for portadora de uma mutação, este genoma portadora de uma mutação, este genoma estará muito bem representado na estará muito bem representado na geração seguinte, e depois completado o geração seguinte, e depois completado o desenvolvimento colonizará os tecidos do desenvolvimento colonizará os tecidos do indivíduo.indivíduo.

A distribuição das mitocôndrias durante as A distribuição das mitocôndrias durante as divisões celulares é aleatória!divisões celulares é aleatória!



O termo homoplasmia descreve a O termo homoplasmia descreve a situação em que todas as mitocôndrias de situação em que todas as mitocôndrias de uma célula ou tecido possuem o mesmo uma célula ou tecido possuem o mesmo genoma (selvagem ou mutante)genoma (selvagem ou mutante)

O termo heteroplasmia descreve a O termo heteroplasmia descreve a situação onde se encontram ambos os situação onde se encontram ambos os genomas mitocondriais, selvagem e genomas mitocondriais, selvagem e mutante, na mesma célula ou tecido.mutante, na mesma célula ou tecido.




HETEROPLASMIA

Mutação Mutação mitocondriamitocondriall

HOMOPLASMIAHOMOPLASMIA

Mutações nos genes mitocondriais causam doenças:

Neuropatia Óptica Hereditária de Leber (LHON): • Defeito no gene ND4 (complexo I): Arg His• Falta ATP suficiente para o metabolismo dos neurônios• Afeta o SNC, causando perda da visão bilateral• Ocorre mais em homens que mulheres; manifesta-se na segunda década da vida; perda da visão, tremores, defeitos na cond. cardíaca, distonia.

Epilepsia Mioclônica e Doença das Fibras Vermelhas Dilaceradas (MERRF):• Mutação no gene leucil-RNAt• Defeito generalizado de proteínas com resíduo de Leu• Sintomas: fraqueza muscular, alargamento e deterioração do miocárdio• Mitocôndia com formato anormal

Mitocôndrias Defeituosas

MERRF - Encefalopatia mioclônica e “regged-red fibers” (fibras verm. esfarrapadas):manisfesta-se na infância; convulsões transitórias, falta de coordenação motora, perda de células musculares e neuronios.

Encefalopatia mitocondrial com acidose lática com episódios semelhantes a derrames: se manifesta antes dos 40 anos, é a mais comum; miopatia, demência, surdez, contratura muscular, paralisia dos músculos externos do olho, ptose. As mitocôndrias não metabolizam o piruvato que se acumula sob a forma de ácido lático nos tecidos afetados


DNA mitocondrial X DNA nuclearDNA mitocondrial X DNA nuclear

DNA mitocondrialDNA mitocondrial marcador genéticomarcador genético teste de maternidadeteste de maternidade

DNA nuclearDNA nuclear marcador genéticomarcador genético teste de maternidadeteste de maternidade teste de paternidadeteste de paternidade

Famílias argentinas usaram o DNA mitocondrial para achar parentes desaparecidos após a ditadura militar - Dra. Amry-Claire King, 1990;

Identificação da família real da Rússia, assassinada pelos soldados bolcheviques em 1918 e enterradas em sepulturas anônimas;

Forças armadas dos Estados Unidos têm um programa de identificação prévia para identificação de soldados mortos em conflitos militares.

DNA MITOCONDRIAL

Comparações de DNA mitocondrial sugerem que

os seres humanos descendem de uma única

fêmea que viveu a 200.000 anos na África

(EVE).

Leucoplastos: acumulam substância de reserva, não apresentam pigmentos.

a) amiloplastos - acumulam amido, comuns em órgãos subterrâneos

b) oleoplastos - acumulam lipídios

c) proteoplastos - acumulam proteínas

Plastos Ou Plastídeos

Organelas típicas de células vegetais.. Apresentam RNA, DNA, proteínas e dupla membrana lipoprotéica.

São classificados em leucoplastos e

cromoplastos.

Cromoplastos: Portam pigmentos carotenóides são encontrados em estruturas coloridas, como pétalas, frutos e algumas raízes. Surgem a partir dos cloroplastos

a) Eritroplastos - plastos vermelhos, predominância de licopenos

b) Xantoplastos - plastos amarelos, predominância de carotenos e xantofilas

c) Cloroplastos - plastos verdes, com predominância de clorofilas

As mitocôndrias e os cloroplastos As mitocôndrias e os cloroplastos são capazes de autoduplicação, o são capazes de autoduplicação, o que se justifica pela presença de que se justifica pela presença de ácidos nucléicos (DNA e RNA). ácidos nucléicos (DNA e RNA). Ambas as organelas movimentam-se Ambas as organelas movimentam-se de forma passiva (ciclose) ou ativa de forma passiva (ciclose) ou ativa

(por movimentos próprios).(por movimentos próprios).

Cloroplasto:Cloroplasto: Esta organela fotossintetizante contém três membranas distintas:a membrana externa, altamente permeávela membrana interna e na qual proteinas carreadoras especiais estão embebidasa membrana tilacóide. que definem três compartimentos internos separados:o espaço intermembranas, o estroma, o qual é análogo à matriz mitocondrial e contém várias enzimas, ribossomos, RNA e DNA ocorrem as reações de fixação de gás carbônico para a produção de carbohidratos, além de aminoácidos, ácidos graxos e orgânicos. Pode haver formação de amido e lipídios, estes últimos em forma de glóbulos (plastoglóbulos).

o espaço tilacóide. A membrana tilacóide contém todos os sistemas geradores de energia do cloroplasto.Os tilacóides individuais estão interconectadas, uma que tendem a se empilhar para formar agregados chamados de grana.

Há, uma importante diferença entre a organização das mitocôndrias e a dos cloroplastos:.

- A membrana interna dos cloroplastos não é dobrada em cristas e não contém uma cadeia transportadora de elétrons. Ao invés disso, a cadeia transportadora de elétrons, bem como o sistema fotossintetizante que absorve luz e uma ATP sintase, estão todos contidos em uma terceira membrana distinta, que forma um

conjunto de sacos achatados semelhantes a discos, as tilacóides.

-Os cloroplastos fazem as suas interconversões energéticas por mecanismos quimiosmóticos de maneira muito semelhante àquela utilizada pelas mitocôndrias, e são organizadas pelos mesmos princípios .

Origem:

Todos os plastídeos se desenvolvem a partir de Todos os plastídeos se desenvolvem a partir de proplastídeosproplastídeos, , os quais são organelas relativamente pequenas presentes nas os quais são organelas relativamente pequenas presentes nas células imaturas dos meristemas vegetais.células imaturas dos meristemas vegetais.

Os proplastídeos se desenvolvem de acordo com as Os proplastídeos se desenvolvem de acordo com as necessidades de cada célula diferenciada, e o tipo que estará necessidades de cada célula diferenciada, e o tipo que estará presente é determinado em grande parte pelo genoma nuclear. presente é determinado em grande parte pelo genoma nuclear.

Se uma folha é cultivada no escuro, os seus proplastídeos se Se uma folha é cultivada no escuro, os seus proplastídeos se alargam e se tornam etioplastídeos, os quais possuem um alargam e se tornam etioplastídeos, os quais possuem um arranjo semicristalino de membranes internal que contém um arranjo semicristalino de membranes internal que contém um precursor amarelo de clorofila ao invés da clorofila. precursor amarelo de clorofila ao invés da clorofila.

Quando a folha é exposta à luz., os etioplastos rapidamente se Quando a folha é exposta à luz., os etioplastos rapidamente se desenvolvem em cloroplastos, convertendo este precursor em desenvolvem em cloroplastos, convertendo este precursor em clorofila e sintetizando uma nova membrana, pigmentos, clorofila e sintetizando uma nova membrana, pigmentos, enzimas fotossintetizantes e componentes da cadeia enzimas fotossintetizantes e componentes da cadeia transportadora de elétrons transportadora de elétrons

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