mitocondria

Ho Hol a mi s es t i mados al umnos ,he aquíde nue vocon Uds .como mos i empree lf aci l i t ador l l amad z ozari van es t áent regándol esnue vos conoci mi ent os.En es t a ocas i ón t engo el agrado de pres ent ar a Uds .un or ganel o i mport ant í s i mo dent ro de l a cél ul a :l a mi t ocondri a! Además de s u f unci ón product oradeener gí at i eneunpas adomuy curi oso. ¿ Qui er en s aber l o? Pues s i gan adelante.

Prof. Iván Rebolledo © 2001 E-Mail: [email protected]

Mi t o c o ndr i a

INDICE

GENERAL

Generalidades Estructura de mitocondria Organización molecular de membranas Función de mitocondrias Glucólisis

NADH

Fosforilación oxidativa Producción de ATP ADN mitocondrial Alicación cl!nica Página 1

Prof. Prof. Iván Rebolledo © 2001. E-Mail: [email protected]

Mi t o c o ndr i a

INDICE

GENERAL

Generalidades Estructura de mitocondria Organización molecular de membranas Función de mitocondrias Glucólisis

NADH

Fosforilación oxidativa Producción de ATP ADN mitocondrial Alicación cl!nica Página 1


Mi t o c o ndr i a

Generalidades "as mitocondrias son organelos citolasm#ticos mu$ l#sticos $ móviles% El tama&o tama&o es es variable con un anc'o de alrededor (%) m $ una longitud de * +%( m% "a distribución distribución de de las mitocondrias es generalmente uniforme en el citolasma, aun-ue 'a$ c.lulas -ue muestran una distribución esecial, como es el caso de las c.lulas musculares estriadas es-uel.ticas, -ue se ubican en su eriferia/ o en las c.lulas del tubo roximal del ri&ón, -ue se encuentran en el citolasma basal/ o en la ieza intermedia de la cola del esermatozoide% Página 2


Mi t o c o ndr i a

"a cantidad de mitocondrias en una c.lula var!a% Ha$ c.lulas, como las arietales de la mucosa del estómago, -ue cerca del )( 0 del volumen del citolasma est# ocuado or las mitocondrias% En los 'eatocitos, la cantidad de mitocondrias var!a seg1n la osición -ue ellos tengan en el lobulillo acinar2 en los centrales 'a$ cerca de 3%4(( mitocondrias, en los mediales unas 3%5(( $ en los erif.ricos, 3%(4(/ adem#s el di#metro de las mitocondrias aumenta desde las centrales 'acia las erif.ricas, ero disminu$e la longitud%

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Mi t o c o ndr i a Estructura de la mitocondria

En un trabajo que hice hace tiempo (*) obtuve a M.E. la mitocondria que está observando a su izquierda. on evidentes las crestas mitocondriales! como ras"o caracter#stico de este or"anelo. $a mitocondria está con%ormada por una membrana externa de unos & nm! una cámara e'terna de unos & nm! llamada tambin esacio intermem6 branal! una membrana interna que proyecta hacia el interior unos plie"ues denominados crestas mitocondriales y una cámara interna llamada matriz mitocondrial. (*) +nat.,ec. -/(4)0123- (+pril -)

Página 4


Mi t o c o ndr i a

$as crestas mitocondriales son tabiques incompletos que no interrumpen la continuidad de la cámara interna! la cual se encuentra llena de un "el denso con altas concentraciones de prote#nas solubles y peque5as molculas. El n6mero de crestas mitocondriales por unidad de volumen es alto en las clulas musculares y bajo en las clulas "erminales. 7ambin! las crestas pueden presentarse como láminas (clula parietal en est8ma"o! ver %oto ME en pá"ina anterior) o como t6bulos (clula de $eydi" en test#culo! ver %oto ME derecha) Página 5


Mi t o c o ndr i a

+hora aprenderemos las di%erentes partes que inte"ran una mitocondria! lo"radas de micro%oto"ra%#as electr8nicas. Cresta mitocondrial

Matriz mitocondrial

Página 6

Espacio intermembranal

ADN mitocondrial

Membrana externa

Membrana interna


Mi t o c o ndr i a Organización mol.cular de membranas mitocondriales

$a membrana externa posee un 419 de l#pidos contra un 31 9 de la membrana interna y contiene colesterol. Esto si"ni%ica que la relaci8n l#pido:prote#na es de 1. para la membrana e'terna y de un 1./ para la membrana interna. $a membrana e'terna posee una prote#na llamada orina de 3 ;
Página 7


Mi t o c o ndr i a

$a membrana interna posee un 31 9 de l#pidos y un 1 9 de prote#nas! carece de colesterol y posee un alto contenido de ácidos "rasos insaturados! todo lo cual e'plica su baja %luidez (o alta viscosidad). $a importancia de esta situaci8n es que la trans%erencia de electrones entre los di%erentes componentes de la cadena transportadores de electrones! podr#a ser mediada por di%usi8n lateral y por colisiones en el plano de la membrana .

Página 8


Mi t o c o ndr i a

Entre las prote#nas de la membrana interna se encuentran los componentes de la cadena respiratoria y de la %os%orilaci8n o'idativa. +demás! contiene varios transportadores (carriers) para varias molculas. $os transportadores más importantes son los que se relacionan con el pasaje de +7=! +<= y =>4. ?orresponde a un transportador que mueva +7= hacia el citosol y +<= hacia la matriz! es decir! es del tipo antiporte.

Página 9


Mi t o c o ndr i a

Entre los l#pidos de la membrana interna hay uno muy especial 0 la cardioliina. Este l#pido posee 4 cadenas de ácidos "rasos! que se considera que reduce la permeabilidad de la bicapa a los protones hidr8"enos. +demás! este l#pido está ausente en cualquier membrana de la clula puesto que los l#pidos de todas las membranas poseen uno o dos cadenas de ácidos "rasos. $o curioso es que este l#pido se encuentra presente en la membrana de las bacterias. Entonces! sur"e una pre"unta0 qu hace una molcula procari8tica dentro de un or"anelo eucari8ticoA $a respuesta está en el tema +
Página 10


Mi t o c o ndr i a Función de la mitocondria .

=rote#nas! l#pidos y carbohidratos constituyen la mayor parte de los alimentos que consumimos y que deben ser de"radados en molculas peque5as (monómeros) para que puedan proporcionar ener"#a a la clula. $a de"radaci8n es lo"rada por acci8n enzimática y se llama catabolismo! el cual se considera que ocurre en / etapas0 (a) etapa -! ocurre en el tracto di"estivo cuando molculas "randes son reducidas a sus mon8merosC (b) etapa 3! ocurre dentro de la clula cuando los mon8meros son de"radados hasta piruvato que entra a la mitocondria y se convierten en acetil ?o+C y (c) etapa /! ocurre dentro de la matriz de la mitocondria! cuando el acetil ?o+ es de"radado completamente a ?>3 y D3> liberándose ener"#a en %orma de +7=.

Página 11


Mi t o c o ndr i a

!"#$%&

-

Glucólisis $a "luc8lisis corresponde a la de"radaci8n de la "lucosa para producir +7= en ausencia de > 3 (anaerobiosis). En este proceso! la "lucosa de & ? se convierte en dos molculas de piruvato de / ? cada una. Esta conversi8n comprende una secuencia de  pasos enzimáticos que produce intermediarios %os%atados. $a clula hidroliza 3 molculas de +7= para conducir los pasos iniciales y produce 4 +7= en los pasos %inales! con una "anancia neta de 3 +7= por cada molcula de "lucosa. En ambos tipos celulares el proceso ocurre en el citoplasma. Página 12

+7=

&? +<= G =i

-'-P

&?

3 ructuosa&= /

+7=

&? +<= G =i

ructuosa-!&di= & ? 4 Fliceraldehido/= / ? 2

=i B+<

B+
-!/ di%os%o"licerato / ? &

+<=

+7=

/ %os%o"licerato

/?

3 %os%o"licerato

/?



 %os%oenolpiruvato / ? 

+<=

+7=

PIR"(&)$

/?


Mi t o c o ndr i a $a secuencia de reacciones puede ser dividida en / etapas0 (a) etaa 3! pasos del - al 40 la "lucosa de &? se convierte en 3 molculas de "liceraldehido / %os%ato de /?! estas reacciones requieren de 3 +7=C (b) etaa 7! pasos 2 y &0 el "rupo aldehido se o'ida a "rupo carbo'ilo liberando +7= y reduciendo una molcula de B+

Mi t o c o ndr i a Hagamos un al t o. ¿ Han ent endi do l o ant eri or? De s eguro que al gunos de Uds . res pondenqueno.Peronos edes ani men,l o que t i enen que hacer es vol ver a l ee r l o nue vament econCALMA.Séquee s t et ema t i ene s u propi a compl ej i dad,de ahíque es t oy avanzando l ent ament eye vi t ando el us o denombresmuycompl i cados .Sol o he dej ado l os e s t ri ct ament e neces ari os . As í que,ahor a queya s abemosquel a gl ucos a s edegradahas t api ruvat o,quei ngres aal a mi t ocondri a, podremos s egui r s u rut a dent rodelorganel o.¡ Buenvi aj e! Página 14


Mi t o c o ndr i a

NADH B+< es una abreviaci8n de nicotinamida adenina dinucle8tido! lo que deduce que una parte de la molcula es un +M= y otro es un anillo de nicotinamida! con capacidad para captar un prot8n hidr8"eno con dos electrones (i8n hidruro! D : ! D 2). e encuentra en 3 estados0 o'idado B+< G 8 reducido B+
Página 15


Mi t o c o ndr i a 8iclo del #cido c!trico

El ciclo de Irebs (por su creador ir Dans Irebs) llamado tambin ciclo del ácido c#trico (por ser el primer intermediario) o ciclo de los ácidos carbo'#licos (por sus / primeros intermediarios) ocurre en la matriz mitocondrial de las clulas eucari8ticas o en el citosol de las procari8ticas. El ciclo de Irebs se produce cuando hay > 3 molecular disponible y el piruvato. +unque este ciclo no usa > 3 directamente! lo hace a travs de las enzimas deshidro"enasas NAD (nicotinamida adenin dinucle8tido) y FAD (%lavin adenin dinucle8tido). El ciclo comienza con la reacci8n entre el acetil ?o+ y el o'alacetato (4?) para %ormar el citrato (&?)! lue"o una serie de reacciones enzimáticas lo"ran desprender 3 ? (en %orma de ?> 3 ) del citrato para convertirlo nuevamente en o'alacetato! que repetirá el ciclo. El ?> 3 producido di%unde de la mitocondria y abandona la clula. En este ciclo! iones de D  son trans%eridos a molculas transportadoras (B+< y +<). Página 16


Mi t o c o ndr i a

$as principales %unciones del ciclo de Irebs son 0 (a) descarbo'ilaci8n! es decir! prdida de carbonos mediante la producci8n de ?>30 (b) protonizaci8n 0 liberaci8n de iones hidruros D26 que serán captados por las enzimas B+< y +<. Página 17

Piruvato M. E't. M. Hnt. 3B+
7NADH 6

Ac CoA

3B+
7NADH 6

3B+
7NADH 6

ciclo de ácido

?>3

cítrico

7FADH76

3B+
7FAD9

7NADH 6

?>3


Mi t o c o ndr i a Fosforilación oxidativa

+hora bien! en trminos "enerales! la fosforilación oxidativa es la 6ltima etapa en el catabolismo y es donde se libera la mayor cantidad de ener"#a. En este proceso! la molculas de B+3 para %ormar D 3>. =arte de la ener"#a liberada es utilizada para producir +7= y el resto se libera como calor. ?omencemos a ver los detalles. ?ada molcula de B+
B+

Mi t o c o ndr i a NADH6

FADH7

O7

FAD9

NAD

9

F3

c M. Hnt.

Espacio inter membranal

:

::

u

:::

:;

;

F(

Kbique las membranas e'terna e interna y el espacio intermembranal. >bserve que en la membrana interna se ubican ) comle
M. E't.

Página 19



FADH7

O7

FAD9

NAD

9

F3

c M. Hnt.

:

Espacio inter membranal =H9

::

u

:::

:;

;

F(

?uando un B+tro tanto hace el + deja pasar protones.

M. E't.

Página 20



FADH7

O7

FAD9

NAD

9

F3

c M. Hnt.

:

::

u

:::

Espacio inter membranal =H9

=H9 =H9

:;

;

F(

$os electrones del complejo H y HH son llevados hasta el complejo HHH. Lste cambia de con%ormaci8n y deja pasar 4 DG por cada 3 e  (en total son  DG). $os 4 e pasan al complejo H.

M. E't.

Página 21


Mi t o c o ndr i a ?omo ven me he reducido de espacio para las e'plicaciones! por eso ocupar esta diapositiva intermedia para una e'plicaci8n recontra importante. ,ecuerde que estamos en los complejos de la membrana interna de la mitocondria. $os electrones han venido desde el complejo H y el HH! pasan al HHH y lue"o al H. Este complejo H entre"a los electrones al ox!geno. $ean esto de nuevo 0 al >NHFEB>>>>. Es decir! aqu# se utiliza el o'#"eno que viene desde los pulmones. Entonces! aqu# ocurre la >E?P:>A8:ON. # se5or! respiramos por nuestras mitocondrias y no en los pulmones. En ellos solo ocurre un intercambio de "ases. El ?> 3 liberado desde el ciclo de Irebs es sacado desde la matriz mitocondrial hasta %uera de la clula. i"amos la e'plicaci8n. +hora veremos c8mo ocurre la producci8n de las molculas de +7=.

Página 22



FADH7

O7

FAD9

NAD

9

F3

c M. Hnt.

:

::

u

:::

?uando el complejo H recibe los electrones desde el complejo HHH! cambia su con%ormaci8n y deja pasar 4 D G (3 por los e del B+< y 3 por los e del +<).

:;

;

F(

7H9 7H9

M. E't.

Página 23


Mi t o c o ndr i a 5 ATP @NADH

NADH

FADH

6

7 ATP @FADH

7

O7

FAD9

NAD

9

F3

c M. Hnt.

:

::

u

:::

:;

Entonces! se han acumulado en el espacio intermembranal! -1 DG provenientes del paso de los 3 e del B+
;

F(

3(H9 @NADH 4H9 @FADH

M. E't.

Página 24


Mi t o c o ndr i a 5 ATP @NADH

NADH

FADH

6

7 ATP @FADH

7

O7

FAD9

NAD

9

F3

c M. Hnt.

:

::

u

:::

:;

$a re"la aqu# es que por cada / D G que pasen por el complejo  desde el espacio a la matriz! en la porci8n - del complejo  se producirá KB+ molcula de +7=. Da"a sus cálculos y vea en la parte superior derecha! los +7= resultantes del paso de los DG.

;

F(

3(H9 @NADH 4H9 @FADH

M. E't.

Página 25


Mi t o c o ndr i a Matriz Mitocondrial

Membrana interna

Espacio inter membranal

Página 26

Producción de ATP

El dibujo de la izquierda muestra una prote#na muy compleja! ubicada en la membrana interna de la mitocondria! denominada +7=asa 1- o simplemente ATP sintasa, es responsable de la producci8n de +7=. Este es el complejo  visible al ME! como una masa oscura abultada ( nm) diri"ida hacia la matriz y unida a la membrana por una uni8n más estrecha. Este complejo posee dos componentes principales 0 1 y -.


Mi t o c o ndr i a El comonente F( es un comle
Página 27


Mi t o c o ndr i a

ADN mitocondrial

Dace a5os atrás! cuando unos cient#%icos estaban detectando +tras pre"untas podr#an ser c8mo esA y qu hace all#A

Página 28


Mi t o c o ndr i a Desu.s de muc'os estudios, arece ser -ue la resuesta la tiene la Evolución% Hace millones de a&os atr#s, una célula que vivía tranquilamente en el primitivo caldo terrestre, vio con envidia que cerca de ella existía un organismo más pequeño que producía más energía. Ni tonta ni perezosa, la engulló @fagocitó% As! -uedó formada la mitocondria, la cual tiene dos membranas 2 una de la c.lula rimitiva $ otra del organismo fagocitado% Por eso es -ue 'a$ diferencias -u!micas entre las dos membranas de la mitocondria, la interna osee la cardioliina, un l!ido con = cadenas de #cidos grasos @roio de las bacterias, en tanto -ue todos los l!idos de la c.lula oseen sólo tres% ;ean este relato en el siguiente Cartoon% Página 29


Mi t o c o ndr i a Parece -ue me vo$ a comer a este tio

Ce lo com!

tio @con ADN Página 30


Mi t o c o ndr i a

Externa 0 del or"anismo que %a"ocit8 (eucarionte)

Dos membranas

:nterna 0 del or"anismo %a"ocitado (procarionte)

Página 31


Mi t o c o ndr i a ;amos a resumir un oco este cartoon% ;arias l!neas de evidencias auntan a -ue las mitocondrias @$ tambi.n los clorolastos en vegetales derivaron de las bacterias -ue fueron endocitadas or c.lulas eucarióticas ancestrales, formando endosimbiontes% 8on el tiemo varios genes de dic'as bacterias fueron transferidos al n1cleo, -uedando solo 35 genes -ue codifican rote!nas esenciales ara la función de los organelos% Estas rote!nas se incororan
Página 32


Mi t o c o ndr i a ;olviendo al ADN, no debemos olvidar -ue el organismo fagocitado, aun-ue carec!a de n1cleo visible @rocarionte, ten!a su roio ADN, -ue es diferente al ADN de la c.lula rimitiva% De 'ec'o, el ADN de la mitocondria es circular con dos 'ebras una esada $ otra liviana, con m#s contenido de G $ 8% A'ora bien, este ADN mitocondrial osee la información 'ereditaria ara 35 rote!nas ertenecientes a los comle
Nombre del complejo

:

7 (de 22)

NADH deshidroenasa (reductasa)

:::

! (de ")

Citocromo b#c! (reductasa)

:;

$ (de 7)

Citocromo c (o%idasa)

;

2 (de !$)

&'

AP sintasa

Total 13 proteínas

Página 33


Mi t o c o ndr i a Alicación cl!nica

Kna en%ermedad llamada atrofia ótica 'ereditaria de "eber ! se mani%iesta por una neuropat#a del nervio 8ptico! es una rara en%ermedad que deviene en ce"uera! debido a una de"eneraci8n del nervio 8ptico. $a visi8n se pierde alrededor de los 31 a5os! siendo más %recuente en los varones. En -!

Mi t o c o ndr i a

Algnas !regn"i"as Muy %áciles -. 3. /. 4. 2.

Ju si"ni%ica B+< y en cuáles estados se presentaA Ju es y d8nde se ubica la cardiolipinaA
Más di%#ciles -. 3. /. 4. 2.

?uántos protones deja pasar el complejo HA y el complejo HHA ?uántas molculas de +7= produce una molcula de "lucosa al de"radarseA Ju componente del - produce +7= y cuántos protones necesitaA i el complejo H se altera! si"ue producindose +7=A Tusti%ique su respuesta. En qu situaciones qu#micas el piruvato no entra a la mitocondriaA

Página 35


mitocondria

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