Mitocôndrias: Membranas, DNA e Síntese Proteica

Permeabilidade e Transporte nas Membranas da Mitocôndria

• A membrana mitocondrial externa é bastante permeável a várias substâncias, mas a interna é pouco permeável e funciona como barreira à entrada de muitas delas.
• A membrana interna é permeável a água, oxigênio e alguns ácidos graxos de cadeia pequena, mas impermeável ao NADH, que transfere elétrons para o compartimento através de carreadores de ação enzimática.
• A membrana interna possui sistemas carreadores específicos para o transporte de substâncias como ATP, ADP, piruvato e ácidos graxos longos. A carnitina, um pequeno carreador, realiza o transporte de ácidos graxos longos com a ajuda de enzimas nas duas superfícies da membrana. Também é seletiva à glicose e a íons como Na+, K+, Ca++, Cl-, Br-, Ba++, etc. O transporte desses íons é ativo, ou seja, dependente de energia. O fosfato (P) e o Ca++ formam depósitos granulares na mitocôndria. Outros grânulos são suspeitos de servirem para captar cálcio e fosfato na célula intacta, armazenando assim íons na mitocôndria.

Biogênese Mitocondrial

• A divisão da mitocôndria ocorre na interfase, e durante o processo de divisão celular, estas mitocôndrias se desenvolvem.

DNA Mitocondrial

• As mitocôndrias possuem DNA, RNA e todo o equipamento para a síntese proteica.
• O DNA mitocondrial é uma dupla hélice e, em quase todos os organismos, apresenta-se como uma molécula circular.
• O DNA está presente em uma pequena quantidade nas mitocôndrias de células com citoplasma abundante.
• Replica-se independentemente do DNA nuclear e da divisão celular, pois várias cópias do DNA podem ser encontradas na mesma mitocôndria.
• Em fungos como o levedo, parte do DNA mitocondrial é constituída principalmente de trechos de A e T, com função desconhecida.

Síntese de Proteínas nos Ribossomos Mitocondriais

• Os ribossomos e os RNAr das mitocôndrias são diferentes dos do citoplasma, principalmente no tamanho. Os mitorribossomos são pronunciadamente menores e variam de tamanho entre os diferentes organismos. Eles usam o aminoácido formilmetionina como iniciador do polipeptídio nascente, enquanto os ribossomos do citoplasma de eucariotos usam a metionina.
• As mitocôndrias utilizam um sistema de tradução simplificado no qual as populações de RNAt são menos variadas do que em outros seres, com 24 RNAt (com anticódons) para lidar com 20 aminoácidos diferentes.
• As tríades de nucleotídeos podem codificar aminoácidos diferentes na mitocôndria.
• A síntese proteica mitocondrial é inibida pelo cloranfenicol, como ocorre em bactérias, enquanto a síntese proteica citoplasmática não é afetada.
• Tanto em humanos quanto em leveduras, os polipeptídios codificados pelo DNA mitocondrial são em número de 13, assim distribuídos: 3 subunidades proteicas das 7 que constituem o complexo citocromo oxidase; citocromo b; 2 subunidades que fazem parte do sistema F1-F0 da síntese do ATP. Os outros 7 têm função ainda desconhecida; talvez estes polipeptídios sejam unidades de NADH-ubiquinona-redutase em mamíferos e Neurospora crassa.
• O DNA mitocondrial ainda codifica os 2 RNAr e os 24 RNAt que as mitocôndrias utilizam.
• As mitocôndrias de vegetais superiores podem produzir 20 ou mais cadeias polipeptídicas distintas, e o seu DNA codifica também um terceiro RNAr, o 5S, semelhante a um dos tipos de RNA citoplasmáticos, mas que não parece ter um correspondente em ribossomos mitocondriais de leveduras ou de mamíferos.

Origem das Proteínas Mitocondriais

• A origem das proteínas mitocondriais é dupla.
• Quando se utiliza o cloranfenicol, que inibe os ribossomos mitocondriais, a síntese de muitas proteínas mitocondriais, como o citocromo c, não é inibida. Concluiu-se, portanto, que sua síntese ocorre em ribossomos não mitocondriais. Até mesmo as proteínas dos próprios ribossomos mitocondriais são sintetizadas fora da mitocôndria. Apenas as poucas proteínas codificadas pelo DNA mitocondrial são inibidas pelo cloranfenicol.

Importação de Proteínas para as Membranas e Matriz Mitocondrial

• As proteínas sintetizadas na matriz mitocondrial pelos mitorribossomos são inseridas diretamente na membrana interna da mitocôndria e, se for o caso, são translocadas para a superfície externa da membrana interna. Tanto as membranas quanto a matriz da mitocôndria possuem também proteínas sintetizadas no citoplasma, e estas precisam ser importadas.
• Como a membrana externa mitocondrial é semelhante ao Retículo Endoplasmático (RE) e as mitocôndrias se encontram próximas ao retículo, foi proposto que as proteínas entrariam nas mitocôndrias por continuidade com o retículo ou por transporte de vesículas. Em leveduras, foram observados ribossomos na membrana externa da mitocôndria, e foi proposto que as proteínas entrariam na membrana externa diretamente desses ribossomos.
• Os RNAm para algumas das proteínas mitocondriais estão presentes em polissomos livres, e a entrada dessas proteínas na mitocôndria é iniciada após as cadeias polipeptídicas serem completadas, ou seja, pós-tradução.
• As proteínas mitocondriais são sintetizadas como pré-proteínas com uma extensão N-terminal, e esta pré-sequência é que direciona a proteína precursora para a mitocôndria. Esta sequência amino-terminal pode ser clivada por peptidases na matriz mitocondrial ou não. As proteínas vindas do citoplasma podem permanecer na membrana externa ou ser translocadas para a membrana interna ou para a matriz mitocondrial.
• A importação de proteínas do citoplasma depende da estrutura proteica da membrana externa e também de um fator localizado entre as membranas interna e externa, que é extraído com detergente e sal. A membrana interna, sem a externa, não é capaz de importar proteínas do citoplasma. A importação através da membrana interna é dependente do potencial de membrana.
• Foi proposto que as proteínas importadas para a matriz mitocondrial atravessam as membranas em áreas onde elas estão em íntimo contato, permitindo que os componentes das duas membranas interajam de maneira estável e específica. Estes locais de contato das membranas parecem ser mediados pelo potencial do qual as proteínas dependem. Às vezes, na entrada da proteína na mitocôndria, ocorre a remoção de uma pequena cadeia de aminoácidos na extremidade do polipeptídio que está entrando. Para certas proteínas, o enovelamento final não se completa até que estejam do lado de dentro. O citocromo c entra na mitocôndria com seu pequeno grupamento heme contendo ferro, adquirido dentro da mitocôndria para formar a proteína funcional completa. Provavelmente, sistemas receptores na membrana externa reconhecem características das proteínas a serem captadas, como sequências de aminoácidos ou facetas de sua conformação tridimensional.