universidade de são paulo e sa lq

UNIVERSIDADE DE SÃO
PAULO
ESALQ
DEPARTAMENTO DE GENÉTICA
DISCIPLINA:
BIOLOGIA CELULAR
Professora responsável:
Maria Lucia Carneiro Vieira
mlcvieir@usp.br
10ª semana
Cloroplastos e mitocôndrias: estrutura e genoma
• Os cloroplastos contem membranas vitais para a exercerem a
sua função. Tem um envelope nuclear duplo, e estruturas
membranosas internas, ditas tilacóides.
• A origem dos cloroplastos é amplamente aceita pelos
botânicos: houve endosimbiose de um ancestral (uma
cianobactéria fotossintética) que sofreu “engolfamento”.
• Durante milhões de anos, as cianobactérias evoluíram
funcional e estruturalmente, retendo o seu próprio DNA
circular, e a habilidade de sofrer fissão, porém ganharam a a
capacidade de transferir parte dos seus genes para o núcleo
da célula vegetal hospedeira.
Membranas do cloropasto
• Cada uma das membranas do envelope tem
composição lipídica (6 a 8 nm), a maioria fosfolipídios
(48%) e galactolipídios (46%) e sulfolipídios (6%).
• A membrana interna é formada por 16% de
fosfolipídios, 79% galactolipídios e 5% de sulfolipídios,
como no espinafre, que é muito estudado.
• A membrana dos tilacóides é muito similar à
membrana interna do envelope, semi-permeável.
• The envelope of the chloroplasts is semi-permeable, and it
regulates the entry and exit of molecules from the
chloroplast. The outer and inner membranes have specialized
intermembrane proteins for the transport of large molecules
in and out of the chloroplasts. In addition, they are the site for
synthesis of certain lipid molecules as well pigments like
carotenoids that are required for light harvesting.
• The light-dependent reactions of photosynthesis occur in the
grana and the associated photosystems. This is where
photosynthetic pigments like chlorophyll a, chlorophyll b,
carotenoids, etc. absorb light energy, which is then used to
break down water molecules, and ultimately give rise to ATP,
NADPH2 and oxygen.
• Read more at http://www.buzzle.com/articles/chloroplaststructure-and-function.html
Light-dependent electron and proton transport in the thylakoid membrane and
associated reactions. Electrons released in the oxidation of H2O are transferred
in the light through photosystem I (PSI), plastoquinone (PQ), the cytochrome
b6f complex, plastocyanin (PC), and photosystem II to ferredoxin (Fdx). Protons
released into the thylakoid lumen in the oxidation of H2O and by PQ are used for
the synthesis of ATP
• The stroma utilize carbon dioxide from the
atmosphere, as well as the ATP and NADPH2
molecules released from grana, to synthesize sugar
molecules and starch. This process is also known as
carbon dioxide fixation, and occurs through a series
of reactions collectively called Calvin cycle.
• A part of the reactions that take place in the process
of photorespiration (light-dependent oxygen
fixation) occur in the stroma of the chloroplasts.
Photorespiration has been speculated to play a
protective role during drought stress and exposure
to high amounts of radiation.
• A fast transport of metabolites and proteins occurs
from the intermembrane space into the chloroplasts.
RuBisCO (abreviatura de ribulose-bisfosfato carboxilase oxigenase) é a enzima mais
abundante nas plantas responsável pelo importante primeiro passo do ciclo de Calvin
• Chloroplast genome contains:
• Genes encoding each of the subunits of the ribosomal
RNA used by the chloroplast
• 37 genes encoding all the transfer RNA (tRNA)
molecules used for translation within the chloroplast
• 4 genes encoding some of the subunits of the RNA
polymerase used for transcription within the
chloroplast
• a gene encoding the large subunit of the enzyme
Rubisco
• 9 genes for components of photosystem I and I
• 6 genes encoding parts of the chloroplast ATP synthase
• genes for 19 of the ~60 proteins used to construct the
chloroplast ribosome
Chloroplast genome
(blue) is 150 kb,
mitochondria genome
(red) is 500 kb and
nuclear genome (green)
is 60,000 kb.
Mitocôndria
• A mitocôndria é uma organela importante
dos eucariotos. Ao lado do cloroplasto e
do núcleo, abriga ácidos nucleicos. Tem
seu próprio genoma, que é capaz de
sintetizar RNA e proteínas. Esta organela
também é capaz de se dividir por fissão.
• É responsável pela
respiração celular, tem um
sistema de transporte de
elétrons que ocorre nas
membranas
mitocondriais, produzindo
ATP.
Crista mitocondrial
As electrons are
passed down the
chain, protons are
pumped across the
membrane (between
the inner membrane
and outer membrane
of the cristae). This
results in a pH and
electrical gradient.
The protons move
back into the matrix
through a pore
created by ATP
synthetase allowing
the enzyme to make
ATP at the expense
of this gradient.
ATP sintetase (partícula F)
•A mitocôndria tem 4 compartimentos: uma
membrana externa, uma membrana interna
(feita de cardiolipina), um espaço intermembranoso e uma matriz.
•O principal processo que ocorre na membrana
é a oxidação do piruvato, o ciclo de Krebs, o
metabolismo de aminoácidos e esteroides e a
geração de (ATP).
•ATP é sintetizado através de uma cadeia de
transporte de elétrons um sistema de
fosforilação oxidativa que ocorre na
membrana interna.
Mitochondrial diseases occur when abnormalities cause
malfunction of energy-demanding cells, such as muscle cells,
nerve cells, and kidney cells. Symptoms include muscle weakness
and atrophy, various neurological symptoms such as decreased
intelligence, convulsions, hearing loss, and extraocular muscle
paralysis, and occasionally other symptoms such as enlargement
of the heart. Mitochondria are inherited maternally; therefore,
these diseases are not transmitted from fathers to their children.
Genoma da mitocôndria
Aplicações do conhecimento sobre disfunção
mitocondrial em plantas
Exercício da prova: como o conhecimento ilustrado na
figura abaixo pode ser aplicado na prática
Cells receive external signals (in yellow) through sensing molecules (receptors in blue)
embedded in the cell membrane. These in turn start a cascade of signaling molecules that
carry the signals to the nucleus or other internal structures in the cell.