09 Mitocondrias, Apuntes de Biología Celular

¡Descarga 09 Mitocondrias y más Apuntes en PDF de Biología Celular solo en Docsity! 09. MITOCONDRIAS En 1934 fue la primera vez que se aislaron las mitocondrias, y fue Lehninger. Todas las reacciones encaminadas a producir ATP tienen lugar aquí. Köllinger las descubrió en 1850. La forma de la mitocondria varía en función de la célula en la que se encuentra y el papel de esta en el organismo. También varía el número de crestas mitocondriales; cuanto más activa energéticamente es una célula mayor número de crestas mitocondriales. El número de mitocondrias también varía con la actividad de la célula y su la localización, por ejemplo la del musculo cardíaco, necesita el ATP cerca de los sarcómeros para la contracción, en un espermatozoide tienen todas las mitocondrias en la cola para mover el flagelo. Dependiendo de dónde se necesite el ATP se localizaran las mitocondrias. Las mitocondrias son plásticas, pueden sufrir cambios de forma y tamaño. La forma de las mitocondrias es específica de cada célula, hay unas células que las tienen más redondeadas o más alargadas, también depende de la función de las células. Las mitocondrias son móviles y se desplazan gracias a los microtúbulos. ESTRUCTURA Y FUNCION DE LAS MITOCONDRIAS A Las mitocondrias se las debe someter a diferentes procesos de osmosis y centrifugaciones para ver que tenemos en cada parte. Por ejemplo a una mitocondria sometida en un medio de baja osmolaridad, sufrirá la entrada agua y su membrana externa explotará liberando el contenido del espacio intermembranal, quedando la membrana interna sin embargo intacta. Si a esos restos se les somete a una centrifugación diferencial, se consigue separar el contenido intermembranal en una fracción no sedimentada. Lo restante se transfiere a un medio de osmolaridad elevada dónde se retraen los restos de la membrana externa y la membrana interna queda aún completa. La solución con ambas membranas es sometida a una centrifugación de gradiente de densidad, separando así los restos de la externa y la interna completa. Una rotura por ultrasonido, posterior centrifugación logran separar la matriz y membrana interna. Membrana externa. Formada por un 50-70% de lípidos, es bastante permeable, y además tiene una alta concentración de porinas (transportadores que dejan entrar y salir varias cosas) no es muy selectiva, y además tiene una baja concentración de colesterol. En esta membrana externa ocurre: elongación de ácidos grasos, síntesis de fosfolípidos... Espacio intermembrana. Está formada por una sustancia similar a la del citosol. Tiene además un nucleótido, conocido como adenosina quinasa, que cataliza la reacción: ATP + AMP 2ADP Membrana interna mitocondrial. Tiene 75 % de proteínas y un 25% de lípidos. Es una membrana muy poco permeable por su contenido lipídico de cardiolipina, tampoco tiene colesterol. Esta impermeabilidad es necesaria para mantener una selectividad dentro de la matriz. En esta membrana se da el transporte de electrones, fosforilación oxidativa, todos los sistemas de transporte para pasar desde espacio intermembrana al interior de la matriz mitocondrial, están las lanzaderas de malato-aspartato, glicerol-fosfato y sistema de transporte de ácidos grasos. Matriz mitocondrial. Solución bastante acuosa que tiene enzimas, DNA mitocondrial, RNA mitocondrial y ribosomas mitocondriales. En ella se encuentra el complejo piruvato deshidrogenasa, y se produce la oxidación de los ácidos grasos, ciclo de los acidos grasos, el ciclo de la urea y todos los procesos relacionados con la transcripción (de DNA a RNA Núcleo) , traducción (de RNA a proteínas Citosol) y replicación del DNA mitocondrial. BIOLOGÍA CELULAR 09 Crestas mitocondriales. Éstas estructuras sirven para aumentar la superficie de la membrana interna mitocondrial y aumentar el número de complejos ATP sintasas. La función de las mitocondrias engloba todo aquello encaminado a la producción de ATP en la célula. En ellas se da la Glucolisis (glucosa), tras la entrada del Piruvato se transforma en acetil CoA. Este acetil CoA entra en el Ciclo del Ácido cítrico que genera poder reductor en forma de NADH o FADH2, de manera que cada vez que se produce el ciclo libra 3 NADH y 1 FADH2. El CO2 producido en las reacciones sale por difusión simple. El NADH dona sus electrones a la cadena de transporte de electrones, que van a ir pasando por diferentes complejos y cada vez se liberan electrones, el aceptor final de estos electrones es el O2 que acepta el electrón y generan 2 H2O. Los protones que han ido saliendo al espacio intermembranal pasan a una bomba ATP sintasa que puede funcionar de dos formas: uno mueve protones e hidrolizaba ATP y en otro entran protones a favor de gradiente de concentración generando ATP. El ADP o viene del espacio intermembrana o de fuera de la mitocondria y entra dentro de la mitocondria y se transforma por la ATP sintasa en ATP. La -oxidación de ácidos grasos, hace que los ácidos grasos se transformen en acetilCoenzimaA, entra en el ciclo de los ácidos cítricos y producen las mismas moléculas. BIOGENESIS DE LAS MITOCONDRIAS Según la teoría endosimbionte una célula predecesoras de las eucariotas actuales de meteabolismo anaerobio, sin mitocondrias, depredadora y que no consume oxígeno, haría simbiosis con un procariota aerobia que recibiría protección y manutención “a cambio” de metabolizar el oxígeno para la célula eucariota. Estas procariotas acaban transformándose en las mitocondria actuales. Las mitocondrias se dividen siempre por fisión. La mitocondria crece en una primera fase, y cuando ya ha adquirido un tamaño adecuado sufre una partición y se divide. El número de proteínas y los lípidos debe aumentar para que la mitocondria pueda crecer. Los lípidos vienen de fuera, del REL, y las proteínas vienen del propio DNA y también importadas desde fuera. QUIMIOSMOSIS O ACOPLAMIENTO QUIMIOSMOTICO La mitocondria es capaz generar energía a partir de un transporte electrónico, usando NADH y FADH2 que transportan electrones a la cadena de transporte de electrones y a partir de ahí se genera un gradiente electroquímico que produce la formación de energía. Lo descubrió Mitchell en 1961 y postulo la teoría quimiosmótica. El funcionamiento es el mismo en cloroplastos que en mitocondrias. La diferencia radica en que en la mitocondria hay una serie de reductores que van en la cadena transportadora de electrones y los van transportando, mientras que en cloroplastos es impulsada por la energía de la luz. Cadena transportadora de electrones Dentro de la mitocondria hay 5 grandes complejos: I, II, III, IV y V formando la cadena, los complejos son los responsable de bombear los protones al exterior. El NADH que viene del ciclo del ácido cítrico cede electrones a la cadena transportadora de electrones, y éstos van pasando a los complejos de mayor a menor energía y al final el último aceptor es el O2, generando H2O. En el complejo II obtiene electrones adicionales de FADH2, que proviene del succinato del ciclo de ácido cítrico quedando reducido a fumarato. BIOLOGÍA CELULAR 09 • Complejo TOM. Está en la membrana externa mitocondrial. Transfiere todas las proteínas mitocondriales, codificadas en el núcleo, a través de la membrana externa y ayuda a insertar proteínas en esta membrana. • Complejo SAM. Está en la membrana externa mitocondrial. Se especializa en recibir proteínas en barril-β del complejo TOM y plegarlas en la membrana externa. • Complejo TIM. Está en la membrana interna mitocondrial, transporta proteínas a través de esta. A. TIM 22. Inserta una subclase de proteínas multipaso en la membrana interna mitocondrial. B. TIM 23. Especializado en translocar proteínas solubles que van hacia la matriz mitocondrial. Está anclado en las 2 membranas, presentando una región hidrofóbica insertada en la externa. • Complejo OXA. Está en la membrana interna mitocondrial, se especializa en proteínas que están sintetizadas en el DNA mitocondrial, dentro de la matriz mitocondrial, y que tenemos que translocar a la membrana interna mitocondrial. Según el destino de las proteínas: Membrana externa Las proteínas destinadas a la membrana externa pasan TOM, se para la transferencia y se ancla directamente. No pasa ni al espacio intermembranal ni a la membrana interna mitocondrial. Matriz mitocondrial Las proteínas de la matriz se sintetizan en los ribosomas libres del citosol y normalmente la proteína suele estar bastante desplegada y la etiqueta de direccionamiento en el N-terminal. Una vez que la proteína pasa dentro es cuando actúa la chaperona molecular que favorece el plegamiento para que sea funcional. El complejo TOM, tiene una parte proteica que es receptora y otra parte proteica que es translocadora. La parte proteica que es receptora reconoce esa secuencia de direccionamiento y una vez reconocida pasa la proteína al translocador y toda la proteína va pasando. Cuando las proteínas van a la matriz mitocondrial, el espacio entre las dos membranas suele ser bastante pequeño. Suelen están bastante próximas para favorecer ese paso. Por eso TIM 23 está anclada también a la membrana externa mitocondrial. Esto permite que el espacio se retraiga y los sitios de contacto permitan una translocación directa y así es reconocido primero por TOM y luego por TIM. Cuando ha entrado, intervienen las proteasas y las chaperonas que lo que hacen es plegarla. Membrana interna mitocondrial A. La proteína tiene una secuencia de detección de la transferencia y secuencias de direccionamiento a la matriz. Es reconocida por TOM, y pasa completamente, cuando es reconocida por el complejo TIM pasa la secuencia de direccionamiento a la matriz y cuando llega a la secuencia de detección, se detiene la transferencia y la proteína se transloca completamente a la membrana interna mitocondrial. B. La proteína se transloca completamente al interior. Pero una vez dentro es reconocida por la proteína OXA que la ancla a la membrana interna mitocondrial, porque hay una secuencia de direccionamiento del complejo OXA. C. Aquellas proteínas que tienen varios dominios transmembrana, tienen varias secuencias alternativas de direccionamiento-detección, se inserta, se detiene-se continua-se detiene-... y así tenemos varios dominios transmembrana en la membrana interna mitocondrial. BIOLOGÍA CELULAR 09 Espacio Intermembrana A. La proteína tiene una secuencia de direccionamiento a matriz mitocondrial, y otra secuencia de direccionamiento al espacio intermembrana. El complejo TOM reconoce la proteína y se la pasa al complejo TIM y cuando encuentra la secuencia de direccionamiento al espacio intermembrana para la translocación. Lo pasa a la membrana y hay una proteasa que corta. B. Pasa directamente por el complejo TOM y se queda en el espacio intermembrana. BIOLOGÍA CELULAR 09