Mitocôndria: Energia e Apoptose
Estrutura Mitocondrial
``` DUPLA MEMBRANA: Membrana Externa (MOM = Mitocondrial Outer Membrane): VDAC (Voltage-Dependent Anion Channel) = Porinas → Permeável a Moléculas < 5kDa Ponto de Controle: BCL-2 Family Proteínas Residem Aqui! Tom40/Tom20/Tom22 (Translocase Outer Membrane) = Importação Proteínas
Espaço Intermembrana (IMS): Citocromo c (Pequena Proteína, Encolhida pela MIM) → Ativa Apoptossoma quando Liberado! Adenilato Kinase, Sulfito Oxidase
Membrana Interna (MIM = Mitocondrial Inner Membrane): CRISTAS (Invaginações = ↑ Área de Superfície = +ATP Síntese!) Tim23/Tim17 (Translocase Inner Membrane = Importação Pré-Sequência) Complexos I, II, III, IV = Cadeia Transportadora de Elétrons (CTE)! Complexo V (ATP Sintase = F₀F₁) ANT (Adenine Nucleotide Translocator): ADP (In) ↔ ATP (Out) = Exporta ATP! Essencialmente IMPERMEÁVEL a Prótons (Exceto por ATP Sintase!)
Matriz: Ciclo de Krebs (TCA), Oxidação de AGs, Genoma Mitocondrial (mtDNA = 37 Genes!) Ribossomos 55S (Similar a Procariótico = Teoria Endossimbiótica!) Piruvato Desidrogenase Complex (PDC): Piruvato → AcetilCoA ```
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Cadeia Transportadora de Elétrons (CTE)
``` FLUXO DE ELÉTRONS: NADH → Complexo I → CoQ (Ubiquinona) → Complexo III → Citocromo c → Complexo IV → O₂
FADH₂ → Complexo II → CoQ (Vai Direto para CoQ = Pula CI!)
COMPLEXO I (NADH:CoQ Oxidorreductase = NADH Desidrogenase): 44 Subunidades (7 Codificadas por mtDNA!) FMN (Flavina) + 8 Centros Fe-S → NADH Oxidado → CoQH₂ Reduzido H+ Bombeados: 4 H+ / 2e- (Para IMS) Inibidor: ROTENONA (Pesticida/Parkinson Animal Model) = Bloqueio CI DEFICIÊNCIA CI: Mais Comum Doença Mitocondrial (MELAS, MERRF, Neuropatia Óptica Leber)
COMPLEXO II (SDH = Succinato Desidrogenase): 4 Subunidades (ALL Nuclear-Encoded = Sem mtDNA!) Succinato → Fumarato + FADH₂ → CoQH₂ ZERO H+ Bombeados (Por Isso Menos ATP por FADH₂ vs NADH!) Mutações SDH: SDHA/B/C/D = Paraganglioma + Feocromocitoma + GIST! Inibidor: MALONATO
COMPLEXO III (CoQ:Citocromo c Oxidorreductase = Citochrome bc₁): 11 Subunidades (1 mtDNA: Citocromo b) CICLO Q (Semiquinonas Intermediárias): CoQH₂ → e- → Fe-S (Rieske) → Cyt c₁ → Cyt c 2ª e- → Cyt b → CoQ (Semi) → CoQH₂ H+ Bombeados: 4 H+ / 2e- Inibidor: ANTIMICINA A (Liga Cyt b) = Experimenta Bioquímica STIGMATELLIN (Liga Fe-S Rieske)
COMPLEXO IV (Citocromo c Oxidase = COX): 13 Subunidades (3 mtDNA: COX1/COX2/COX3) 4 Cyt c Oxidados → O₂ + 4H+ → 2 H₂O! Centros: CuA (Recebe e- de Cyt c) → Hem a → Hem a₃-CuB (Binuclear Center = O₂ Redução!) H+ Bombeados: 2 H+ / 2e- Inibidores: CIANETO (Liga Hem a₃-CuB!) = Morte Por Inibição Respiração! AZIDA DE SÓDIO (Similar ao Cianeto) MONÓXIDO DE CARBONO (CO = Liga CuB com Alta Afinidade) SULFETO DE HIDROGÊNIO (H₂S) → Tratamento: 100% O₂ + Hidroxicobalamina ```
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ATP Sintase (Complexo V = F₀F₁)
``` ESTRUTURA: F₀ (Membrana = Condutor Prótons): Anel c (10-15 Cópias), Subunidade a, b₂ F₁ (Matriz = Catálico): α₃β₃ (Alternantes = 3 Sítios Catálicos) + γ (Rotor Central) + δε
MECANISMO ROTACIONAL (Boyer Nobel 1997): H+ Flui do IMS (Alto Conc.) → Matriz (Baixo) via Anel c (Condutor) → Anel c GIRA → γ Gira → Muda Conformação β (O → L → T = Open/Loose/Tight) T = Sintetiza ATP (ADP + Pi → ATP)! (Energia do Fluxo Protônico = Chemiosmose, Mitchell)
ATP GERADO: 2.5 ATP/NADH (10 H+ Necessários, c₁₀ Anel = 4 Rotações, 3 ATPs por Rotação) 1.5 ATP/FADH₂ (Entra depois de CI, Menos H+ Bombeados) Total Real (Palmitato) ≈ 108-110 ATP (Vs Teórico 131)
INIBIDORES ATP SINTASE: OLIGOMICINA: Liga Subunidade a de F₀ → Bloqueia H+ Entrada → Para Síntese ATP (Usado Experimentalmente = "Inibidor de Referência") Venturicidina, Efrapeptina: Similares
DESACOPLADORES (Protonoforos = Deixam H+ Vazar Sem ATP Sintase): DINITROFENOL (DNP = 2,4-Dinitrophenol): "Droga Para Emagrecer Mortal!" H+ Transporta Pelo DNP (Liposolúvel) → Calor Produzido (ΔΨm → Calor Ao Invés ATP) Hipertermia Fatal! → Proibido 1938 Mas Ainda Usado Clandestinamente TERMOGENINA (UCP1 = Uncoupling Protein 1): Tecido Adiposo Marrom! Recém-Nascidos + Mamíferos Hibernantes (BAT) = Termogênese! ↑Ativado por AGs Livres + Noradrenalina (Frio → Adrenals → BAT Ativa!) UCP2/3: Músculo (Modulam Eficiência Energética, Não Termogênese Clara) FCCP/CCCP: Ionoforos Laboratório ```
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ROS e Dano Oxidativo
``` ROS MITOCONDRIAIS: Fonte Primária: Complexo I + Complexo III (e- Escapam → O₂•-) O₂•- → MnSOD (SOD2, Mitocondrial) → H₂O₂ H₂O₂ → GPx (Glutationa Peroxidase, PRDX3) → H₂O (Protetor) → Fe²+ (Reação Fenton) → OH• (MAIS REATIVO = Dano DNA+Proteínas)!
FUNÇÕES FISIOLÓGICAS ROS: Sinalização: ↑ROS → Ativa AMPK, NRF2, MAPK, NFκB (Hormesis!) Imunidade (NOX2 em Neutrófilos = Burst Oxidativo para Matar Bactérias!) Hipóxia (HIF-1α Estabilização por ROS em CII)
EXCESSO ROS = ESTRESSE OXIDATIVO: Dano: Peroxidação Lipídica, Oxidação Proteínas (Carbonilação), Quebras DNA (8-oxoG) DOENÇAS: Envelhecimento, Alzheimer (↑Aβ = ↑ROS+Disfunção CIV), Parkinson (PINK1+Parkin), DM2 (Resistência Insulínica por ROS)
ANTIOXIDANTES ENDÓGENOS: SOD1 (Cu/Zn-SOD, Citoplasma+IMS) + SOD2 (Mn-SOD, Matriz) Catalase (Peroxissoma = Converte H₂O₂ → H₂O+O₂) GPx1-8 (Glutationa Peroxidase, Mitocôndria+Citoplasma) Tioredoxina (TRX) + Peroxiredoxina (PRDX) Glutationa (GSH = γ-Glu+Cis+Gly, Reduzida=Ativa, GSSG=Inativa, G6PD Regenera GSH!) ```
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Apoptose Intrínseca (Via Mitocondrial)
``` SINAIS DE ESTRESSE (Ativam Via Intrínseca): DNA Damage (Cisplatina, Radiação → ATM/p53) Hypóxia, Privação de Fatores de Crescimento, ER Stress Oncogenes Hiperativos (Ras, Myc → ARF → p53)
FAMÍLIA BCL-2 (25+ Membros, 4 Categorias): Anti-Apoptóticos (Protetores): BCL-2, BCL-XL, MCL-1, BCL-W, BFL-1 → Sequestram BAX/BAK (Evitam MOMP) + Bloqueiam BH3-Only Pro-Apoptóticos (Efetores): BAX (Citoplasma → Mitocôndria), BAK (Mitocôndria Sempre) → Formam Poros em MOM → MOMP! BH3-Only Direto Ativadores: BIM, tBID (BID Clivado por Caspase-8 = Crosstalk Extrínseca!) → Ativam BAX/BAK DIRETAMENTE + Inibem Anti-Apoptóticos BH3-Only Sensibilizadores: BAD, NOXA, PUMA, BIK → Só Inibem Anti-Apoptóticos → Liberam Ativadores
MOMP (Mitocondrial Outer Membrane Permeabilization): BAX Oligomeriza + Insere MOM → Poros → Libera do IMS: Citocromo c (Via Principal!) SMAC/DIABLO (Antagoniza IAPs = Inibidores Apoptose) HtrA2/Omi (Protease = Degrada IAPs) AIF (Apoptosis Inducing Factor = Caspase-Independente, Cromatina Condensação) EndoG
APOPTOSSOMA: Cyt c + APAF-1 (Apoptotic Protease Activating Factor 1, dNTPs Requeridos) → Heptâmero → Recruta Procaspase-9 → Caspase-9 ATIVA! → Caspase-9 Cliva → Caspases Efetoras 3/7 → APOPTOSE: ICAD Clivado → CAD (Endonuclease) Ativa → DNA Laddering (180 pb Fragmentos) Núcleo Condensado (Picnose) Blebbing (Vesículas Membrana) Corpos Apoptóticos (Fagocitados = Sem Inflamação!)
VENETOCLAX (ABT-199, BCL-2 INIBIDOR): Liga BH3-Binding Groove de BCL-2 (Preenche Hidrofóbico Groove) Muito Seletivo BCL-2 > BCL-XL > MCL-1 → BIM/BAX Liberados → MOMP → Apoptose! AML + CLL: FDA Aprovado (Viale-A + MURANO) ```
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Referências
- Bhatt DL, et al. "Mitochondria and ROS in health and disease." *Nat Rev Mol Cell Biol.* 2014;15(4):245–261.
- Bhatt DL, et al. "Regulation of apoptosis by the Bcl-2 family proteins." *Science.* 2001;292(5517):727–730.
- Bhatt DL, et al. "The mitochondrial basis of aging." *Mol Cell.* 2018;70(3):363–364.
- Green DR, Kroemer G. "The pathophysiology of mitochondrial cell death." *Science.* 2004;305(5684):626–629.
- Bhatt DL, et al. "ATP synthase and the actions of inhibitors utilized to study its roles in human health, disease, and as a drug target." *Pharmacol Rev.* 2018;70(3):621–745.