Slide 4: História da mitocôndriaO termo mitocôndria  vem do Grego “mitos” (fio/linha) + "chondrion" (grânulo). As

mitocôndrias foram observadas pela primeira vez no século XIX ao microscópio ótico.

No entanto, só foi possível estudar as suas funções em 1948, devido ao isolamento deste

organelo na sua forma intacta. Devido ao elevado número de mitocôndrias do fígado e

ao volume ocupado na célula, este tecido foi amplamente utilizado em estudos

bioquímicos.

Slide 5: MitocôndriaA mitocôndria é um organito citoplasmático presente nas células eucarióticas, que

ocupa cerca de 25% do volume total de citoplasma. Pode aparecer com diferentes

formatos, podendo apresentar também variações de tamanho e número, de célula para

célula. Na maioria dos casos, pode ser observada como uma partícula oval ou em forma

de bastonete com 1,2µm de comprimento e 0,5-1µm de diâmetro.

A mitocôndria é responsável pela respiração celular, produção de ATP e degradação de

macromoléculas. Assim, podemos encontrá-las na proximidade de locais de alto

consumo de energia, tais como os músculos cardíacos ou a cauda dos espermatozoides.

A mitocôndria é constituída por diversas proteínas que desempenham funções vitais, e

por lípidos, sobretudo fosfolípidos, associados às membranas mitocondriais como

fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamida e cardiolipina (que só existe na membrana

interna). Apesar de estes serem os principais elementos estruturais da mitocôndria, esta

também apresenta na sua constituição ácidos gordos e pequenas moléculas, como co-

factores e substratos.

As mitocôndrias estão envolvidas por um sistema de dupla membrana, sendo que a

membrana externa e interna estão separadas por um espaço intermembranar.

Slide 6: Membrana Interna e ExternaA membrana externa da mitocôndria, que encerra todo o organelo, é composta 50% por

fosfolípidos e contém uma variedade de enzimas envolvidas, por exemplo, na oxidação

da epinefrina, também conhecida por adrenalina, na degradação do triptófano e

polimeração de ácidos gordos de cadeia longa.

A membrana externa agrega ainda porinas, proteínas integrais de canal relativamente

largo que permitem a passagem de iões e pequenas moléculas para dentro e para fora da

mitocôndria. Moléculas de maiores dimensões, pelo contrário, não conseguem

atravessar a membrana.

A membrana interna contém mais de 100 polipéptidos e possui uma relação proteína-

fosfolípido muito elevada. É rica em fosfolípidos raros como a cardiolipina e ao

contrário da membrana externa não agrega porinas, sendo altamente impermeável, uma

vez que são necessários transportadores de membrana para permitir a passagem de

quase todos os iões e moléculas. Esta propriedade é essencial na manutenção do

gradiente de protões.

A membrana interna tem inúmeras dobras, a que se chamam cristas que se prolongam

para o interior da matriz e é aqui que se forma a quase totalidade do ATP produzido

pela célula.

Slide 7: Espaço Intermembranar e MatrizA composição do espaço intermembranar é semelhante à do citosol, é ele que organiza a

cadeia transportadora de eletrões e as bombas de ATP, separando a matriz do espaço

que irá conter os iões de hidrogénio que geram o gradiente necessário à ativação da

bomba.

É na matriz mitocondrial que se encontram as enzimas necessárias ao ciclo de Krebs.

Além de enzimas, esta contém ainda ribossomas e diversas moléculas de DNA.

Ainda que a maior parte das proteínas da mitocôndria seja sintetizada no núcleo, esta

possui o seu próprio material genético e a maquinaria necessária para fabricar o seu

RNA, incluindo RNA de transferência e proteínas.

Slide 8: Origem ProcarióticaA existência de DNA, dos vários tipos de RNA e de um mecanismo de autorreprodução

por fissão semelhante ao das bactérias, além de outros dados, sugere que as

mitocôndrias se originaram de bactérias aeróbias, que estabeleceram relação simbióticas

com células eucariontes anaeróbias. Os ribossomas das mitocôndrias são semelhantes ao

das bactérias, o mesmo acontecendo com o DNA, que, tanto nas mitocôndrias como nas

bactérias, codifica mRNA sem intrões. Os ribossomas mitocondriais são diferentes dos

citosólicos, no tamanho, na composição em RNA e proteínas, e também na

sensibilidade aos antibióticos.

Durante a evolução, bactérias teram penetrado por fagocitose em células eucariontes

primordiais, tendo escapado aos mecanismos intracelulares de destruição de células

estranhas e estabelecido a endossimbiose. Por fagocitose, a membrana plasmática da

célula eucarionte hospedeira provavelmente originou a membrana externa da

mitocôndria e a membrana da bactéria se tornou a membrana interna desse organelo. De

facto, a membrana externa das mitocôndrias é muito semelhante à membrana plasmática

das células eucariontes, enquanto a membrana interna tem constituição molecular

parecida com a das membranas das bactérias.

Essa endossimbiose ofereceu vantagens tanto para a bactéria aeróbia, que recebeu

proteção e nutrientes, como para a célula a célula hospedeira anaeróbia, que ganhou um

sistema mais eficiente de aproveitamento de energia pela fosforilação oxidativa,

evoluindo para a célula eucarionte aeróbia.

Slide 9: Fusão e FissãoAs mitocôndrias são organelos celulares dotados de mobilidade e plasticidade, alterando

a sua forma e estrutura ao longo do tempo.

Na maioria das células, as mitocôndrias formam uma rede, estando constantemente a

fundir- se e dividir-se, remodelando a rede e alterando a morfologia e funções da

mitocôndria.

As mitocôndrias são organelos altamente complexos e dinâmicas que podem alterar sua

organização, forma e tamanho, dependendo dos sinais intracelulares e extracelulares. As

mitocôndrias passam por um ciclo contínuo de fusão e fissão, e o equilíbrio entre esses

eventos opostos determina a morfologia do organelo. Considerando que a diminuição da

fusão pode resultar em fragmentação mitocondrial devido à fissão excessiva, a

diminuição da fissão pode gerar mitocôndrias longas e altamente interconectadas. O

papel da fusão e fissão mitocondrial é, por exemplo, a alteração do material genético ou

a regulação da autofagia. Estudos recentes indicam que a fusão e fissão têm um papel

importante na sobrevivência da célula.

A célula contém uma série de mecanismos de reparação e renovação intracelulares,

sendo uma das mais proeminentes a autofagia, que sequestra e degrada componentes

intracelulares através da entrega à maquinaria lisosomal. Em células saudáveis, a

autofagia é essencial para a remoção de mitocôndrias danificadas ou com deficiência de

energia que, de outra forma, poderiam acumular e induzir a morte celular mediada por

mitocôndrias. A autofagia de mitocôndria designa-se por mitofagia.

Slide 10: DNA MitocondrialO genoma mitocondrial é formado por uma molécula circular de DNA em cadeia dupla.

A mitocôndria possui um genoma próprio, na medida em que apresenta a maquinaria

necessária para efetuar a transcrição e tradução. O genoma da mitocôndria é constituído

por moléculas circulares de DNA em cadeia dupla, presentes em múltiplas cópias,

localizadas na matriz e por vezes ligadas à membrana interna. A maior parte do genoma

das mitocôndrias só codificam algumas proteínas essenciais para a fosforilação

oxidativa. Também codificam todos os rRNAs e alguns tRNA necessários para o

processo de tradução. A maior parte das proteínas são importadas do citoplasma.

O DNA mitocondrial é transmitido por via materna aos descendentes, possuindo cada

indivíduo apenas um tipo de molécula que recebeu da progenitora. Uma vez ocorrida

uma mutação nas células germinativas da mulher, a mutação também vai ser transmitida

aos seus descendentes.

Metabolismo Celular

1.1 Reações Catabólicas

Quanto ao metabolismo celular, podemos dividir em reações anabólicas (processo de obtenção de matéria), onde à a síntese de moléculas mais complexas a partir de moléculas mais simples, com consumo de energia ou reações catabólicas (processo de obtenção de energia), onde ocorre a degradação de moléculas orgânicas em moléculas mais simples, com libertação de energia. Sendo esta última a que vamos abordar, pode estar associada a processos como a Fermentação e a Respiração Aeróbia.

a. Obtenção de Energia: Fermentação: Processo de decomposição de matéria orgânica (glicose) em anaerobiose (sem oxigénio) e ocorre no citosol das células, rende 2 ATP, destinando-se à produção de etanol ou ácido lático dependendo do tipo de fermentação.Respiração Aeróbia: decomposição de moléculas orgânicas (glicose) em moléculas inorgânicas, com intervenção do oxigénio e com libertação de (36 ou 38 ATP).

b. Respiração aeróbio:

Estes processos diferem entre si devido à concentração de oxigénio, caso a concentração for reduzida, ocorre a fermentação, e inversamente irá ocorrer a Respiração Aeróbia.Temos exemplos de organismos capazes de realizarem a fermentação, tais como : -Lactobacillus (F.Lática);-Saccaromyces (F.alcoólica);

c. Fermentação:

Existem dois tipos de fermentação, a lática e a alcoólica que estão associadas à produção de queijos, iogurtes (…) e respetivamente à produção de cerveja e vinhos...Ambas comportam duas etapas que ocorrem no citosol e que redem 2ATP:-Glicólise-Redução do ácido pirúvico

Citar que na mitocôndria:

Se a concentração de O2 for insuficiente, o piruvato não entra na mitocôndria (bloqueado) e vai ocorrer a fermentação láctica nos músculos, levando ao aparecimento da dor associado à acumulação de ácido láctico. Desporto- quando fazemos mais desporto estimulamos a célula a aumentar o nº de mitocôndrias, levando a compensação da falta de oxigénio com o numero de organitos, reduzindo a produção de acido láctico.

d. Respiração Aeróbia :

As mitocôndrias geralmente são nos conhecidas associadas à produção de energia:1-citoplasma2-matriz da mitocôndria (Ciclo de Krebs)3-matriz interna da membrana interna (oxidação fosforilativa)

A maior parte da energia proveniente é obtida através da catalise de hidratos de carbono ou de ácidos gordos, através da fosforilação oxidativa, que ocorre na mitocôndria. Por exemplo a degradação da glicose, por glicólise, em conjunto com o ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico, (também conhecido comoo ciclo do ácido tricarboxílico, ou ciclo TCA) Processo resumo:A produção de energia começa no citoplasma pela glicólise, que dá origem ao piruvato que vai ser convertido em acetil-coA, que entra no ciclo de krebs e vários intermédios do ciclo de krebs vão gerar ATP ou Nads e Fads que vão levar os eletrões para as proteínas transportadoras de eletrões da membrana interna onde ocorre a fosforilação oxidativa, sendo de salientar que é na fosforilação oxidativa que grande parte do ATP vai ser gerado.O transporte de eletrões e a fosforilação oxidativa são processos mediados através de complexos proteicos que se encontram no interior da membrana mitocondrial. Esta ligação às proteínas, permite a produção de energia celular.

e. Formação do Acetil-CoA e Ciclo de Krebs :

Acetil coenzima A, ocorre na matriz celular;Ciclo de Krebs ou ciclo TCA, ocorre na matriz celular;Permite o metabolismo de aminoácidos, ácidos gordos, esteroides…

f. Fosforilação Oxidativa:

Foi descoberta por Peter Mitchell em 1961, que lhe valeu o prémio nobel da química em 1978

g. Teoria Quimiosmótica:

As proteínas da fosforilação oxidativa, vão criar um potencial de protões, sendo este potencial a força motriz para a formação de ATP, sendo o gradiente iónico fundamental para a formação de ATP pelas bombas ATPsintetases.POR CADA ELETRÃO TRANSPORTADO PELO NADH OU FADH, GERA-SE UM PROTÃO NO ESPAÇO ENTRE AS DUAS MEMBRANAS.

Os protões difundem de uma área de elevada concentração de protões para uma área com concentração mais baixa (a favor do gradiente de concentração). Peter D. Mitchell comparou o processo à osmose (difusão de água através de uma membrana).A enzima responsável pela produção de ATP através da quimiosmose é a ATP sintetase. A ATP sintetase possibilita a passagem de protões através da membrana permitindo a fosforilação do ADP em ATP. A produção de ATP através da quimiosmose ocorre em cloroplastos, mitocôndrias e alguns procariontes.

h. Cadeia Transportadora de eletrões:

Cadeia transportadora de eletrões: os eletrões transportados pelos FADH2 e pelo NADH2 combinam-se com o oxigénio, passando por processos de oxirredução levando à formação de ATP a partir de ADP.

NOTA o transportador NADH tem a capacidade de originar mais ATP em comparação com o FADH2

i. Gradiente de Protões: Natureza eletroquímica do gradiente de protões:

Nas células metabolicamente ativas, os protões ao saírem da matriz (porque à uma concentração menor de protões dentro da mitocôndria- a favor do gradiente iónico)

A diferença de phs, gera um potencial elétrico ao longo da membrana, tornando a matriz carregada com cargas –

Esta alteração na membrana faz com que os protões voltem para a matriz, provocando o tal gradiente eletroquímico

Nota- os eletrões só passam a membrana através da ATPsintetase

j. Transporte de metabólitos através da membrana interna:

O gradiente eletroquímico também impulsiona o transporte de pequenas moléculas para dentro e para fora de

mitocôndria. O ATP utilizado provem do fluxo de protões. Ação de proteínas membranares intrínsecas.

-Por exemplo, o ATP deve ser exportado, enquanto ADP e Pi precisam ser trazidos.

-ATP(-4) carregado mais negativamente do que o ADP(-3), induzindo um gradiente eletroquímico;

-Assim que o gradiente de protões é estabilizado, a troca de ATP por ADN ocorre de um modo estável.

A síntese de ATP dentro da mitocôndria requer a presença de Pi e ADP, por isso o Pi tem que ser exportado do citosol enquanto saí da mitocôndria iões OH- relação eletricamente neutra (ambos têm carga -1)

NOTA - A energia proveniente do gradiente eletroquímico também é utilizado para o transporte de metabólitos, como por exemplo, passagem do piruvato para dentro da mitocôndria…

2. Funções da mitocôndria em tecidos especializados 1.1 TermogéneseOutra função da mitocôndria é cooperar na termogénese, ou seja, na produção de calor e regulação da temperatura corporal. Este processo ocorre nas mitocôndrias do tecido adiposo castanho (BAT- Brown adipose tissue). As células que constituem o tecido adiposo castanho apresentam pequenos vacúolos onde armazenam triglicéridos, um grande citoplasma, inúmeras mitocôndrias e o DNA nuclear tem genes ativos únicos neste tecido que suportam a sua função termogénica. Este tipo de tecido é muito abundante nos recém-nascidos, nos animais que hibernam e em indivíduos que vivem em regiões muito frias.O processo de termogénese está intimamente relacionado com o BAT devido à sua capacidade para gerar calor a partir da oxidação lipídica não acoplada à produção de ATP. Em situações de temperaturas baixas, no tecido adiposo castanho há um aumento da expressão da proteína UCP-1 (uncoupling protein-1) ou termogenina, uma proteína da membrana interna mitocondrial. A presença da UCP-1 permite a passagem dos protões a favor do gradiente eletroquímico mas sem os acoplar ao processo de fosforilação do ATP. Assim, a energia do movimento dos protões é libertada sob a forma de calor em vez de ser utilizada para a fosforilação de ATP.

1.2 HEMEUm dos grupos mais relevantes de proteínas produzidas na mitocôndria é o grupo heme, constituinte da hemoglobina que incorpora a maior parte do ferro disponível no organismo. A sua síntese ocorre maioritariamente nas células produtoras de eritrócitos dna medula óssea, mas cerca de 15% ocorre em células hepáticas, no fígado.

Esta síntese inicia-se no interior da mitocôndria, com condensação de uma molécula de glicina e uma de sucinil-CoA seguido de uma descarboxilação que vai dar origem a ácido aminolevúlico ou ALA mitocondrial; a molécula formada, ALA mitocondrial, é então transportada para o citosol onde após diversas reações forma o coproporfirinogénio III. Este é transferido novamente para o interior da mitocôndria onde vai ser descarboxilado pela enzima coproporfirinogénio III-oxidase para produzir a protoporfina IX. Por último, a ferroquetalase promove a ligação do ião Fe2+ à protoporfina IX, produzindo o grupo heme.

1.3 GABAAinda nas mitocôndrias células nervosas, o ciclo de Krebs produz uma molécula, o glutamato, que vai dar origem a um neurotransmissor chamado GABA (ácido gama-aminobutírico)

1.4 GlutationaNo caso das células musculares e células hepáticas, nas mitocôndrias é produzida a glutationa, bastante importante para neutralizar radicais livres.

3. Envelhecimento Celular

O processo de envelhecimento celular está diretamente ligado a distúrbios ocorridos na cadeia transportadora de eletrões, durante a produção de energia (sob a forma de ATP) na respiração celular. No sentido de explicar este complexo processo biológico, foram sugeridas diversas teorias. A mais apoiada entre a comunidade científica é a teoria dos radicais livres, que defende que as espécies reativas de oxigénio produzidas durante a fosforilação oxidativa nas mitocôndrias provocam um stress oxidativo, que se vai acumulando nas células e tecidos ao longo do tempo, contribuindo assim para o declínio da atividade mitocondrial com a idade.Entre os subprodutos da fosforilação oxidativa na mitocôndria estão "espécies reativas de oxigênio" ou ROS que incluem o peróxido de hidrogênio - o mesmo peróxido de hidrogênio (H2O2) usado como antisséptico. E ainda radicais livres, como superóxido (O2-) - O citocromo c oxidase na mitocôndria, reduz parcialmente o O2, o que produz o radical O2- - e o radical hidroxilo (OH), um radical livre mortal que é produzido em explosões nucleares. Estes radicais livres de oxigênio, espécies muito reativas, uma vez que possuem um eletrão desemparelhado, que se pode facilmente ligar a outro eletrão, a menos que sejam rapidamente neutralizados por antioxidantes, podem causar danos consideráveis às membranas das mitocôndrias e ao DNA mitocondrial.As alterações causadas pelos radicais livres podem ser nas estruturas das proteínas que condiciona a sua função que por sua vezes provoca a incapacidade da mitocôndria fornecer energia necessária à célula levando à sua falência. Os radicais provocam também lesão na bicamada de fosfolípidos (peroxidação lipídica) que leva à falência da célula pela alteração da permeabilidade celular e alterações no DNA mitocondrial, pois o DNA mitocondrial não está tão bem protegido como o DNA nuclear, que é revestido por proteínas (histonas) e para além disso encontra-se bastante mais próximas da membrana interna, local onde são produzidos os ROS. O DNA mitocondrial torna-se assim um alvo fácil para espécies reativas de oxigénio. As mitocôndrias das células de indivíduos mais velhos tendem a ser menos eficientes do que as células de pessoas mais jovens. Assim, ao longo do tempo, deficiências nos processos celulares causadas por este ciclo de danos oxidativos podem ampliar-se e levar ao declínio das funções fisiológicas, característico do envelhecimento. Todos temos nas nossas mitocôndrias Superóxido dismutases (SODs) que convertem os radicais livres gerados, superóxido, em peroxido de hidrogénio que vai se convertido pela glutationa peroxídase ou pela catálase em

água. Este processo reduz parcialmente os efeitos de envelhecimento provocados pelo stress oxidativo.

4. Papel na apoptose/necrose A apoptose tem como objetivo a destruição de células indesejadas ao organismo. Aquando deste processo o DNA cromossómico sofre fragmentação, a cromatina condensa-se e o núcleo divide-se. De seguida, e por último, a própria célula diminui de tamanho e divide-se formando os chamados corpos apoptóticos. Verifica-se ainda que a mitocôndria é o único organelo que se mantém intacto ao longo de todo o processo apoptótico, devendo-se isso ao facto de ser necessária para fornecer energia à célula para a apoptose.

A atividade da mitocôndria depende da proteína pró-apoptótica bax, que permite a formação de canais de membrana externa da mitocôndria que induzem um fluxo de iões que levam à libertação do citocromo c e de outros fatores que induzem a apoptose para o citoplasma.A mitocôndria tem um papel importante no processo apoptótico, liberta mediadores no espaço inter membranar para o citosol e produz ATP. Um dos mediadores libertados pela mitocôndria durante a apoptose é o citocromo c, este vai ligar-se à Apaf-1, que está ligada à captase-9, formando o complexo apoptossoma, que, na presença de ATP, vai ativar uma série de caspases efectoras (proteínas que vão executar a apoptose), conduzindo à morte da célula. No momento da libertação do citocromo c, são libertados, também, no citoplasma as enzimas proteolíticas Smac/Diablo e o AIF. As primeiras impedem a ação das IAP (proteínas inibidoras da apoptose), para que apoptose seja efetuada, enquanto o segundo é um fator indutor da apoptose.

Permeabilização da membrana O fenómeno de permeabilização da membrana (ou abertura do PTP, permeabilitytransition pore), pode ocorrer por ação de outros fatores como a elevada concentração em Ca2+, ROS, lípidos, entre outros. O fenómeno ocorre devido à perda do potencial da membrana e consiste no “inchaço” da mitocôndria (swelling), ocorrendo a abertura da membrana interna, rutura da externa e libertação dos solutos para o espaço extracelular, como o citocromo c, Smac/Diablo e o AIF, que iniciam o processo da apoptose e levam à morte da célula.

Importância do cálcio na mitocôndria Para além de controlar da taxa de metabolismo celular (existem enzimas da mitocôndria cuja regulação depende deste ião), o cálcio leva à despolarização e permeabilização da membrana e ainda leva a fenómenos de sinalização celular, estando também relacionado com o aumento da produção de radicais livres de oxigénio por parte da célula. O cálcio influencia, também, o tipo de morte celular que irá ocorrer: apoptose caso a sua concentração seja moderada e ainda haja ATP para realizar este processo (não vai haver inflamação), necrose caso a concentração em cálcio seja muito superior e não haja ATP para realizar apoptose. Neste caso a membrana plasmática rompe-se e há saída de citoplasma para o meio extracelular, havendo inflamação.

Slide 34: Uso em Genética de PopulaçõesO DNA mitocondrial pode ser alterado por mutações. A quase totalidade das

mitocôndrias dos ovos fertilizados tem origem no oócito, portanto as mutações da linha

germinativa são passadas à geração seguinte pela mãe, permitindo assim, através do

traçado de gerações, identificar um ancestral comum.

O amplo uso do DNA mitocondrial no estudo genético em populações deve-se, em

parte, à facilidade de isolar, amplificar e comparar sequências homólogas, pois cada

célula possui centenas de mitocôndrias, permitindo obter quantidades razoáveis de DNA

e estas apresentam uma organização sequencial simples, sem recombinação. Este facto

faz do mtDNA um dos primeiros marcadores usados para o estudo genético de

populações, permitindo seguir uma única linha evolutiva.

A sequenciação de DNA mitocondrial é utilizada como ferramenta para decifrar a

história genealógica e as relações evolutivas das espécies de mamíferos.

Slide 35: Doenças Mitocondriais

Slide 36: Doença Mitocôndria (Alzheimer)A atividade neuronal está dependente energeticamente das funções das mitocôndrias e a

manutenção da homeostasia do cálcio é fundamental nas sinapses dos neurónios. A

perda do metabolismo energético das mitocôndrias leva a uma diminuição da produção

de ATP, e consequentemente ao aumento da entrada de cálcio na célula, havendo assim

uma maior produção de radicais livres.

A doença do Alzheimer é um exemplo de doenças associadas a mitocôndrias,

carateriza-se por uma perda progressiva da capacidade mental, sendo que ocorre uma

diminuição da memória, da reflexão, da capacidade de aprendizagem, da concentração e

ainda uma deterioração da personalidade, culminando numa morte prematura do

indivíduo. Esta doença normalmente desenvolve-se de forma lenta, afetando, portanto,

indivíduos com uma idade mais avançada, sendo muito raro ocorrer em jovens. Na

origem desta doença podem influenciar vários fatores como o sexo, a hereditariedade,

traumatismos cranianos, entre outros fatores.

Pensa-se que as causas mais comuns da doença do Alzheimer sejam neuro-inflamação,

danificação sináptica e ainda anormalidades relativamente às mitocôndrias.

Slide 37 – DOENÇA DO PARKINSON

A doença do Parkinson consiste numa doença neuro degenerativa comum associada a tremores, rigidez, perde de reflexos. A principal alteração patológica consiste na progressiva falta de dopamina numa região do cérebro – substantia de nigra.As células devem manter a produção contínua de ATP. Se a energia não existir não irá ser possível sintetizar hormonas, enzimas e neurotransmissores como a dopamina necessários à passagem da informação nervosa.Como as mitocôndrias são organelos responsáveis pela produção de ATP. Se ocorrer uma disfunção não mitocôndria, não irá ser produzido ATP, não produzindo

neurotransmissores como a dopamina, o que irá resultar na falta de dopamina na região do cérebro, levando à doença de Parkinson.

Peroxissomas

As peroxissomas consistem em pequenos organitos citoplasmáticos, que se encontram

nas células eucarióticas: nas células vegetais (em que nas sementes de germinação são

conhecidas como glioxissomas) e nas células animais são particularmente abundantes nos rins,

fígado e cérebro. A sua principal função é a degradação de substâncias tóxicas pela célula.

Ao nível do microscópio eletrónico, é possível observar a constituição dos

peroxissomas, sendo estes constituídos por uma única membrana, sendo esta simples e

permeável à agua e outras substâncias moleculares de pequenas dimensões. Também irá

apresentar uma matriz densa e granulosa. Dentro do interior da matriz irá apresentar uma

inclusão do tipo cristalino, designada por nucleoide. Por fim, irá também apresentar enzimas

envolvidas numa grande variedade de reações metabólicas. O tamanho geral dos

peroxissomas será entre 0.3 a 1 µm de diâmetro. Os peroxissomas não tem o seu próximo

genoma, ou seja, não possuem a sua própria informação genética e todas as suas proteínas

chamadas de Peroxinas (Pex1, Pex2, …), sendo sintetizadas a partir do genoma nuclear. Estima-

se que existam 85 genes no genoma humano que são conhecidas para codificar as proteínas

peroxissomais, sendo muitas metabólicas enzimas. A maior parte dos peroxissomais são

sintetizadas a partir de ribossomas livres e importado para os peroxissomas como cadeia de

polipeptídeos.

Os peroxissomas podem replicar-se através da divisão, também apresentam a grande

capacidade de rapidamente regeneração. Ao contrário das mitocôndrias, se assemelham as

células procarióticas, evidenciando uma origem endossimbiótica, as Peroxissomas irão

assemelhar-se para às típicas proteínas eucarióticas.

Estes encontram-se normalmente próxima de gotículas lipídicas, mitocôndrias e

cisternas do retículo endoplasmático. Estimem-se que existam 500 peroxissomas por célula.

Os peroxissomas foram inicialmente descritos por Rhodin (1954), em células de rato,

sendo designados por microcorpos, “microbodies”. Contudo, a caracterização bioquímica

deveu-se a Christian de Duve, em 1965 substituindo a designação de “microbodies” por

peroxissoma. Passando o tempo, subdividiu-se os microcorpos em: microssixomas (mais

pequenos que os peroxissomas, apresentando uma função igual à dos peroxissomas), os

peroxissomas e os glioxissomas (característico das células eucarióticas vegetais).

Biogénese

Apesar de a maior parte dos peroxinas serem sintetizados a partir de ribossomas livres

e serem importadas para o peroxissomas, alguns estudos revelaram que a biogénese dos

peroxissomas começa ao nível do retículo endoplasmático rugoso, onde duas peroxinas, mais

especificamente Pex3 e Pex19, em que a Pex3 é proteína integral transmembranar, enquanto

a Pex19 consiste numa farnesiltransferase proteica (farneylated protein), encontrada em

grandes quantidades no citosol. Aí o Pex3 irá recrutar a Pex19 para a membrana do retículo

endoplasmático, onde as interações levam a Pex3/Pex19 – contendo vesículas que saem do

retículo endoplasmático, podendo estas fundirem-se entre si, formando um novo

peroxissomas ou fundir-se com outros peroxissomas já existentes.

De seguida, Pex3, Pex19 e outras proteínas peroxissomais membranares vão agir como

recetores para importar outras peroxinas, onde são traduzidos em ribossomas citosólicos livres

e depois transportadas para dentro dos peroxissomas como uma cadeira polipeptídica

completa. Estes são sinalizados para o interior dos peroxissomas através de duas maneiras:

1. A maior parte das peroxinas são visadas através da simples sequência

de aminoácidos Serina – Lisina – Leucina na terminação carboxilato

(zona C da Proteína) (PST1 ou Peroxisome Targeting Signal 1)

2. Um pequeno número de proteínas são visadas através de uma

sequência de nove aminoácidos numa sequência terminal de amina

(zona N da Proteína (PST2 ou Peroxisome Targeting Signal 2)

Quer PTS1 quer PTS2, são reconhecidos por distintos recetores citosólicos e depois

passa por um canal na membrana peroxissomal para dentro da matriz. Estes recetores são

subsequentemente recuperados e reciclados. Este canal é designado por importomer e é

formado por Pex17-13 e Pex 14 proteínas integrais provenientes do retículo endoplasmático.

Nota: Os peroxissomas à medida que crescem por adição de biomoléculas, podem sofrer

maturação, sendo alteradas as proteínas que possuem, sendo alterada a sua funcionalidade.

Funções dos Peroxissomas

Em primeiro lugar, as funções dos peroxissomas variam consoante o tipo de célula, o

organismo onde se encontram e o seu estado de desenvolvimento.

Os peroxissomas tem variadíssimas funções como: Metabolismo do Peróxido de

Hidrogénio, Oxidação do Beta em Ácidos Gordos, Catabolismo das Purinas, Síntese de lípidos e

ácidos biliares e Ciclo de Glioxilato, Fotorrespiração, e Glucanogénese e Termogénese

1. Metabolismo do Peróxido de Hidrogénio

Na respiração celular, é produzido o peróxido de hidrogénio (H202), sendo este constituído por

três enzimas: urato-oxidase, aminoácido-oxidase e α-hidroxil-ácido-oxidase, que serão tóxicas

para a célula, daí a necessidade para o degradar o peróxido de hidrogénio. A catálase será

produzida no citosol sob a forma de um percursor monométrico (apoenzima), sendo depois

importada para os peroxissomas. Dentro deste organelo, irá ser adicionado um grupo Heme

(transportador de ferro), surgindo a holoenzima. A catálase irá converter o peróxido de

hidrogénio em oxigénio e água (2H2O2 → 2H2O + O2) ou irá utilizar na oxidação de compostos

orgânicos (H2O2 + compostos orgânicos → 2H2O + produto oxidado). A catálase irá funcionar

como uma “válvula de segurança”, quando existe excesso de peróxido de hidrogénio.

2. Oxidação Beta em Ácidos Gordos

A oxidação de ácidos gordos na mitocôndria, onde é produzido C02, associado à produção de

ATP. Nos peroxissomas, a oxidação de ácidos gordos nos peroxissomas resultar na produção

de grupos de acetil, não se encontrando associado à produção de ATP. A energia libertada

neste processo irá ser convertido em calor e os grupos acetil formados são transportados para

o citoplasma, sendo utilizados para a síntese de colesterol e outros metabolitos. os electrões

do NADH e FADH2, produzidos durante a oxidação dos ácidos gordos, são transferidos para o

O2 regenerando o NAD+ e FAD, formando o H2O2 que a catalase

decompõe.

3. Catabolismo das Purinas

A degradação de purinas deve-se à ação de enximas peroxissomais, como por exemplo a

oxidase do ácido úrico, irendo permitir a degradação de nucleótidos púricos que contenham

adenina e guanina, em que o produto final é ácido úrico no ser humano e alantoina na maioria

dos mamíferos-

4. Metabolismo de aminoácidos, ácidos biliares, colesterol e do-licol e lípidos

No metabolismo de aminoácidos, a D-amino oxidase irá permitir a conversão de D-

aminoácidos em α-cetoácidos. Os peroxissomas encontram-se também envolvidos na síntese

de lípidos. Nas células animais, encontram-se envolvidos na síntese de colesterol e do-licol,

que também são sintetizados ao nível do retículo endoplasmático. No fígado, os peroxissomas

encontram-se envolvidos na síntese de ácidos biliares, que são derivados do colesterol.

5. Síntese de Plasmogénios

Os peroxissomas também contêm enximas necessárias à síntese de Plasmogénios, que

consiste numa família de fosfolípidos, em que cadeia de hidrocarbonato junta-se a um glicerol

através de uma ligação éter em vez de uma ligação éster

6. Ciclo de Glioxilato

Os peroxissomas nas sementes são responsáveis pela conversão de ácidos gordos em carbo-

hidratos, sendo estes essenciais no fornecimento de energia e de materiais para o crescimento

da planta. Este processo ocorre através de uma serie de reações que consiste no ciclo de

Glioxilato, sendo uma variante do ciclo ácido crítico. Os peroxissomas neste processo são

denominados por glioxissomas.

7. Fotorrespiração

Durante a fotossíntese, normalmente, o Co2 é convertido em carbo-hidratos através do Ciclo

de Calvin, iniciando, assim, todo o processo da fotossíntese. Contudo, a enzima envolvida às

vezes catalisa a adição de O2 resultando na produção de dois-carbonos composto

fosfoglicolato, sendo depois convertido em glicolato, sendo depois transferido para os

peroxissomas, sendo depois oxidado em glicina, sendo esta depois transferido para as

mitocôndrias que converterão em serina, que depois regressa aos peroxissomas, sendo depois

transferido em ácido glicérico, que são transferidas para os cloroplastos.

Doença Causadas pelos Peroxissomas

As doenças causadas nos peroxissomas podem dever-se a: ausência total ou parcial dos

peroxissomas nas células, deformações na estrutura enzimática, deficiência na síntese da

membrana dos peroxissomas e deficiência na entrada de proteínas nos peroxissomas. Existem

muitas doenças, como por exemplo: o Síndrome de Zellweger e Adrenoleucodistrofia.

Slide 51: Doenças Peroxissomas (Síndrome de Zellweger)1. Algumas doenças resultam de deficiências em peroxissomas ou na deficiente

importação de enzimas para o peroxissoma.

2. A síndrome de Zellweger, por exemplo, resulta de mutações genéticas até ao

nível de 10 genes diferentes afetando o importe de proteínas peroxissómicas.

3. A síndrome de Zellweger, letal nos 10 primeiros anos de vida, é uma doença

congénita rara caracterizada pela redução ou mesmo ausência de peroxissomas

em células do fígado, rins ou cérebro. Caracteriza-se pela incapacidade de beta-

oxidar cadeias longas de ácidos gordos nos peroxissomas da célula, devido à

mutação do gene PEX2.

4. Adrenoleucodistrofia

Ocorre uma mutuação no gene ABCD1 do cromossoma X, o que irá resultar na não ocorrência

da Beta Oxidação dos Ácidos Gordos. Isto terá um impacto no sistema nervoso, mais

especificamente nas bainhas de mielina e um impacto no córtex das glândulas suprarrenais,

ocorrendo uma diminuição de formação de hormonas como o citosol, sendo diagnosticado

através de análises do sangue, estudo dos cromossomas e uma ressonância magnética á

cabeça. Este será tratado através de terapia genética, o uso de esteroides- cortisol, dieta e um

transplante.