Alicia J. Kowaltowski

Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Brazil

Mitocôndrias, a Fonte de Energia das Células

A Vida É Complexa!

A Vida É Complexa!

Lehninger Principles of Biochemistry, 2005

ATP: A Moeda Energética da Célula

Mitocôndrias: Fonte de ATP

Mitocôndria: a “Bateria” da Célula

Cyt c

I

II

IV

O2 + 4e- + 4H+ 2H2ONADH

III

+ + + + + + + + +++

ADP ATP

Q

Mitocôndria: a “Bateria” da Célula

-----------

e-

e-

e-

Cyt c

I

II

IV

NADH

III

+ + + + + + + + +++

ADP ATP

Q

-----------

“Vazamento” de Elétrons

O2 + e- O2-.

O2 + 4e- + 4H+ 2H2O

radical superóxido

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

Infarto Cardíaco e Pré-Condicionamento

isquemia reperfusão dano

dano

dano(antioxidantes)

(antioxidantes) dano

Yellon, Downey, Physiol Rev. 2003 83:1113-51.

Modelos de Estudo

Cardiomiócitos em cultura

Corações de rato perfundidos

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

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

Cyt c

I

II

IV

NADH

III

+ + + + + + + + +++

ADP ATP

Q

-----------

Transporte de K+ = “Curto Circuito”

O2 + e- O2-.

O2 + 4e- + 4H+ 2H2O

Cyt c

I

II

IV

NADH

III

+ + + + + + + + +++

ADP ATP

Q

-----------

Transporte de K+ = “Curto Circuito”

O2 + e- O2-.

O2 + 4e- + 4H+ 2H2O

K+

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

Facundo et al., 2005, Biochim Biophys Acta 1762:202-12

EROs

“curto-circuito”

EROs

Transporte K+

Facundo et al., 2005, Biochim Biophys Acta 1762:202-12

EROs

“curto-circuito”

EROs

Transporte K+

Pré-condicionamento

Cardioproteção

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

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

Modelos de Estudo

Leveduras S. cerevisiae(tempo de vida 5-10 dias)

Camundongo(tempo e vida 2-3 anos)

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

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

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

)

*

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)

*

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

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