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Alicia J. Kowaltowski
Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Brazil
Mitocôndrias, a Fonte de Energia das Células
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A Vida É Complexa!
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A Vida É Complexa!
Lehninger Principles of Biochemistry, 2005
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ATP: A Moeda Energética da Célula
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Mitocôndrias: Fonte de ATP
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Mitocôndria: a “Bateria” da Célula
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Cyt c
I
II
IV
O2 + 4e- + 4H+ 2H2ONADH
III
+ + + + + + + + +++
ADP ATP
Q
Mitocôndria: a “Bateria” da Célula
-----------
e-
e-
e-
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Cyt c
I
II
IV
NADH
III
+ + + + + + + + +++
ADP ATP
Q
-----------
“Vazamento” de Elétrons
O2 + e- O2-.
O2 + 4e- + 4H+ 2H2O
radical superóxido
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O Que são Radicais Livres?
- Espécies que possuem elétrons desemparelhados
- Podem ser altamente reativos (EROs)
- Removidos por antioxidantes
- Estresse oxidativo: infarto, diabetes, doenças inflamatórias, fibrose pulmonar e fibrose cística, câncer, Parkinson, Alzheimer, envelhecimento
EROs Antioxidantes
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Infarto Cardíaco e Pré-Condicionamento
isquemia reperfusão dano
dano
dano(antioxidantes)
(antioxidantes) dano
Yellon, Downey, Physiol Rev. 2003 83:1113-51.
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Modelos de Estudo
Cardiomiócitos em cultura
Corações de rato perfundidos
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Pré-Condicionamento EROsisquemia reperfusão
0 10 20 30 40 50
200
300
400
500
600
DC
F F
luo
resc
ence
(A
.U.)
Time (min)
ADP oligomycin FCCP0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
H2O
2 (
nm
ole
s.m
in-1.m
g-1) Control
Preconditioned
da Silva et al., 2003, Am J Physiol 285: H154-62 Facundo et al., 2006, Free Radic Biol Med 40:469-79
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0
25
50
75
100
*
Sw
ell
ing
(%
Co
ntr
ol)
EROs Ativa Transporte de K+
volume
1 min
Controle
volume
1 min
Precondicionado
+ATP+ATP
da Silva et al., 2003, Am J Physiol 285: H154-62Facundo et al., 2007, Free Radic Biol Med 42:1039-48
Queliconi et al., 2008
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Cyt c
I
II
IV
NADH
III
+ + + + + + + + +++
ADP ATP
Q
-----------
Transporte de K+ = “Curto Circuito”
O2 + e- O2-.
O2 + 4e- + 4H+ 2H2O
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Cyt c
I
II
IV
NADH
III
+ + + + + + + + +++
ADP ATP
Q
-----------
Transporte de K+ = “Curto Circuito”
O2 + e- O2-.
O2 + 4e- + 4H+ 2H2O
K+
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Ferranti et al., 2003, FEBS Letts 536:51-5
0 10 20
500
1000
1500[H
2O
2]
FCCP
Mito
ATP
DZX
no K+
Cont
Res
oruf
in F
luor
esce
nce
(A.U
.)
Time (min) cont
rol
ATP
ATP+DZXno
K
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
**
**
H2O
2 Rel
ease
(nm
ols
. m
in-1 .
mg-1
)
Transporte de K+ EROs
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Facundo et al., 2005, Biochim Biophys Acta 1762:202-12
EROs
“curto-circuito”
EROs
Transporte K+
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Facundo et al., 2005, Biochim Biophys Acta 1762:202-12
EROs
“curto-circuito”
EROs
Transporte K+
Pré-condicionamento
Cardioproteção
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Mitocôndrias, EROs e EnvelhecimentoHarman, D (1956) J Gerontol 11, 298-300
“Aging and the degenerative diseases associated with it are attributed basically to the deleterious side attacks of free radicals on cell constituents and on the connective tissues.“
Sohal and Weindruch Science 1996 273:59-63
Restrição Calórica
EROs Envelhecimento
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Cyt c
I
II
IV
NADH
III
+ + + + + + + + +++
ADP ATP
Q
-----------
“Curto Circuito” Artificial com DNP
O2 + e- O2-.
O2 + 4e- + 4H+ 2H2O
H+
DN
P
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Modelos de Estudo
Leveduras S. cerevisiae(tempo de vida 5-10 dias)
Camundongo(tempo e vida 2-3 anos)
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0 10 20 300
25
50
75
100
Via
ble
Ce
lls (
%)
Generations
control 10 nM DNP
0 30 60 90 120
-40
0
40
Flu
ores
cenc
e58
0-53
5nm
(A
.U.)
Time (min)
2.0% glucose 0.5% glucose 10 nM DNP
Live Cells
DNP Aumenta Longevidade de Leveduras
Barros et al., 2004, J Biol Chem 279:49883-8
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0 20 40 60 80 100 120 1400
20
40
60
80
100
03
1033
100100
5770
9793
9797
9797
ControlDNP
Live animals (%)
Sur
viva
l (%
)
Age (weeks)
control DNP
Caldeira da Silva et al., 2008
DNP Aumenta Longevidade de Camundongos
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DNP Melhora a Saúde de Camundongos
Caldeira da Silva et al., 2008
20 30 40 50 60 7035
40
45
50
55
60
*
**
*
Body
mass
(g)
Age (weeks)
Control DNP
control DNP0
30
60
90
120
150
180
Glu
cose
(m
g/dL
) *
control DNP0
100
200
300
Trig
lyce
rides
(m
g/dL
)
*
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Caldeira da Silva et al., 2008
DNP Diminui Estresse Oxidativo
Brain Liver Heart0
200
400
600#
#
#
*
Pro
tein
Car
bony
l Sig
nal (
A.U
.)
*
Brain Liver Heart0
1
2
3
4
5
##*
*
8-ox
odG
uo/1
06 dG
uo
* #
Brain Liver Heart0
20
40
60
80
100
120
*
H2O
2 R
elea
se (
% c
ontr
ol)
*
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Cyt c
I
II
IV
NADH
III
+ + + + + + + + +++
ADP ATP
Q
-----------
O2 + e- O2-.
O2 + 4e- + 4H+ 2H2O
Desacoplamento (“Curto-Circuito”) É uma Estratégia Antioxidante Eficaz
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Agradecimentos
- Mario H. Barros (ICB-USP)- Marisa H.G. Medeiros (IQ-USP) - Luis E.S. Netto (IB-USP)- Camille S. Caldeira- Edson A. Gomes- Felipe D.T. Navarete- Ariel R. Cardoso- Bruno B. Queliconi- Erich B. Tahara- Fernanda M. Cerqueira - Graciele A. Oliveira- Heberty T.F. Facundo- Juliana G. de Paula- Maynara Fornazari- Raquel S. Carreira
FAPESP, CNPq, NIH,Guggenheim Foundation