Aula 8 Dna Mitocondrial

HERANÇA EXTRA-NUCLEAR

DNA MITOCONDRIAL

Mitocôndria

• 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.

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

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

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

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

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

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

A mitocôndria é organizada em: a.

Matriz: contêm uma mistura altamente concentrada de centenas de enzimas, incluindo aquelas necessárias à oxidação do piruvato e ácidos graxos e para o ciclo de Krebs. A matriz contêm também várias cópias do DNA mitocondrial, ribossomos mitocondriais essenciais, RNAt, e várias enzimas requeridas para expressão 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:

3. proteínas transportadoras específicas, que regulam a passagem para dentro e fora da 1.aquelas que conduzem as matriz. reações de oxidação da cadeia Uma vez que um gradiente respiratória eletroquímico é estabelecido, através dessa membrana pela cadeia respiratória, para 2. um complexo enzimático direcionar a ATPsintetase, é chamado ATPsintetase, que importante que a membrana seja impermeável a maioria dos produz ATP na matriz pequenos íons.

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

d. Espaço Intermembrana: esse espaço contêm várias enzimas que utilizam o ATP proveniente da matriz para fosforilar outros nucleotídeos.

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.

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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).

Localização do DNA

As mitocôndrias do embrião em desenvolvimento são derivadas do óvulo, sendo o DNA mitocondrial de origem materna.

Localização do DNA

As mitocôndrias contém 2 ou até 10 cópias de DNA

Localização do DNA O DNA mitocondrial possui 37 genes: Treze genes codificam para as proteínas da cadeia respiratória e para ATP-sintase.

Os demais genes codificam rRNAs e tRNAs para a síntese das proteínas expressas pelo DNA mitocondrial

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

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Formado, geralmente, por moléculas circulares de DNA

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uma organela apresenta várias cópias de seu genoma

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Genomas de cloroplastos são relativamente grandes

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mitocôndrias mostram tamanhos variados de genoma  o número de genes codificadores de proteínas é pequeno  a maior parte é codificadora de componentes das subunidades dos complexos da respiração I-IV  genes codificadores de RNA Genoma mitocondrial apresenta íntrons, exceto nos mamíferos

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

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não há introns e alguns genes se sobrepõem

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as proteínas estão envolvidas na respiração

mtDNA de levedura é 5x maior do que o animal devido à presença de longos íntrons 

ocorre maior dispersão de loci

Mitocôndria evoluíu por endossimbiose 

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Células primitivas capturaram bactérias que forneciam as funções de mitocôndrias e cloroplastos Homologias em seqüências sugerem que mitocôndrias e cloroplastos evoluíram separadamente organelas devem ter transferido genes essenciais para o núcleo 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 e RNAs 

Cloroplastos apresentam DNA com tamanho variado: 120-190 kb

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

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

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a origem endossimbiótica do cloroplasto é enfatizada pelas relações entre seus genes e seus correspondentes bacterianos

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muitos genes dos cloroplastos codificam proteínas que compõem complexos localizados nas membranas

HERANÇA HERANÇA MITOCONDRIAL MITOCONDRIAL

Homens

Mulheres

SOMENTE TRANSMITIDA PELA MÃE : HERANÇA MATERNA

HERANÇA HERANÇA MITOCONDRIAL: MITOCONDRIAL: oo Gargalo Gargalo Genético Genético  Um

ovócito humano contém +/- 100mil mitocôndrias, mais na medida que amadurece perde um número muito grande delas.  O número real de mitocôndrias após a maturação é desconhecido, com estimativas de menos de 10 a não mais que 100= Gargalo genético.  Durante os primeiro dias de divisão celular do embrião o número de mitocôndrias por célula sobe para 10 mil ou mais.

HERANÇA HERANÇA MITOCONDRIAL: MITOCONDRIAL: oo Gargalo Gargalo Genético Genético  Se

uma das mitocôndrias que sobrevive ao gargalo genético por acaso for portadora de uma mutação, este genoma estará muito bem representado na geração seguinte, e depois completado o desenvolvimento colonizará os tecidos do indivíduo.  A distribuição das mitocôndrias durante as divisões celulares é aleatória!

HERANÇA HERANÇA MITOCONDRIAL: MITOCONDRIAL: oo Gargalo Gargalo Genético Genético O

termo homoplasmia descreve a situação em que todas as mitocôndrias de uma célula ou tecido possuem o mesmo genoma (selvagem ou mutante)  O termo heteroplasmia descreve a situação onde se encontram ambos os genomas mitocondriais, selvagem e mutante, na mesma célula ou tecido.

HERANÇA HERANÇA MITOCONDRIAL MITOCONDRIAL HETEROPLASMIA

Mutação mitocondrial

HOMOPLASMIA

Mitocôndrias Defeituosas 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

HERANÇA HERANÇA MITOCONDRIAL MITOCONDRIAL 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 nuclear

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DNA mitocondrial marcador genético teste de maternidade

  

DNA nuclear marcador genético teste de maternidade teste de paternidade

DNA MITOCONDRIAL

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.

Comparações de DNA mitocondrial sugerem que os seres humanos descendem de uma única fêmea que viveu a 200.000 anos na África (EVE).

Plastos Ou Plastídeos 

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

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São classificados em leucoplastos e cromoplastos.

Leucoplastos: acumulam substância de reserva, não apresentam pigmentos. a) amiloplastos - acumulam amido, comuns em órgãos subterrâneos b) oleoplastos - acumulam lipídios c) proteoplastos - acumulam proteínas

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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 

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

Cloroplasto: Esta organela fotossintetizante contém três membranas distintas: a membrana externa, altamente permeável a membrana interna e na qual proteinas carreadoras especiais estão embebidas a 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 .

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Origem: 

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

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

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

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