Respiración aeróbica y la mitocondria D.C. Noé Velázquez Márquez
Introducción Orgánulo subcelular
Teoría Endosimbionte Integrador metabolismo energético
Enzimas para:
-ciclo del ácido cítrico - oxidación de ácidos grasos - reacción inicial del ciclo de la urea - cadena respiratoria - transportadores
Introducción Orgánulo subcelular
Teoría Endosimbionte Integrador metabolismo energético
Enzimas para:
-ciclo del ácido cítrico - oxidación de ácidos grasos - reacción inicial del ciclo de la urea - cadena respiratoria - transportadores
Mitosis-Meiosis Motilidad-Contracción Transporte activo Transmisión de señales ADP + P
Endocitosis-Exocitosis
O2 Hidratos de carbono lípidos
ATP
CO2 + H2O
Estructura y función de la mitocondria Fusionarse
Fisionarse
Están involucradas en la síntesis de algunos aminoácidos s e n o i c n u F
Síntesis Síntesis del grupo grupo hemo hemo de la hemoglobin hemoglobinaa Captan y liberan iones Ca 2+
Están involucradas en el proceso de muerte celular
Estructura y función de la mitocondria El número de mitocondrias de un tejido es variable y refleja el grado de actividad metabólica aeróbica del mismo El eritrocito NO tiene mitocondrias y no puede generar energía a partir de oxígeno
Estructura y función de la mitocondria El tejido cardiaco es un tejido muy aeróbico; se calcula que la mitad del citoplasma son mitocondrias
El hígado posee entre 800 a 2000 mitocondrias por célula; es también un tejido muy aeróbico
Membranas mitocondriales: Mb externa Es permeable a todos los solutos existentes en el citosol, pero no a las macromoléculas 50% del peso esta constituida por lípidos 50% de proteína con pocas funciones enzimáticas y de transporte Oxidación de la adrenalina Degradación del triptófano Elongación de los ácidos grasos y fosfolípidos (biosíntesis) Permeable a ATP, NAD y coenzima A (cuando las porinas están abiertas)
Membranas mitocondriales: Mb interna Está constituida en un 80% por proteínas Contiene más de 100 polipéptidos diferentes Rica en cardiolipina (difosfatidilglicerol) Canales iónicos y permeasa que permiten el paso selectivo de iones y moléculas desde el espacio intermembranoso a la matriz mitocondrial y en sentido inverso Contiene todas las enzimas implicadas: Transporte de electrones (cadena respiratoria) Fosforilación oxidativa
Membranas mitocondriales: Mb interna NADH deshidrogenasa (I) Succinato deshidrogenasa (II) Moléculas de la cadena
Citocromo bc1 (III)
transportadora electrones
Citocromo oxidasa c (IV)
de
ubiquinona Citocromo c
ATP sintasa
Matriz mitocondrial Contiene ribosomas Varias moléculas de DNA circular (DNAmt) Posee una RNApol distinta a bacterias y eucariotas
Genoma mitocondrial Molécula circular de doble hebra, con 16.569 pb Codifica para 37 genes 2 rRNA (12S, 16S) 22 tRNA 13 genes estructurales 7 subunidades (Complejo I) 1 cyt b (Complejo III) 3 subunidades (Complejo IV) 2 de ATPasa (Complejo V)
Resto de polipéptidos codificados por DNA nuclear
Matriz mitocondrial El complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, responsable de la descarboxilación oxidativa Enzimas involucradas en la beta-oxidación de los ácidos grasos Las enzimas responsables del ciclo de Krebs , EXCEPTO la succinato deshidrogenasa La coenzima A (CoA), acetil CoA, succinil CoA, NAD+, NADH, ADP, fosfato, O2, etc.
El proceso de glucólisis se lleva acabo en el citoplasma
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Reacciones procesadas en la mitocondria Piruvato deshidrogenasa
CO2
Descarboxilación oxidativa Piruvato Acetil Co A Ciclo de Krebs NAD+ NADH (X 2) Fosforilación oxidativa Descarboxilación oxidativa (ocurre en la matriz mitocondrial)
El ciclo del ácido tricarboxílico
isocitrato Deshidrogensa CO2
Acetil Co A
aconitasa H2O
isocitrato
α
NAD+
HS-CoA
NADH
citrato Sintasa de citrato
Oxalacetato
HS-CoA NAD+
NADH malato Deshidrogenasa
+
NAD
-cetoglutarato
-cetoglutarato Deshidrogenasa α
NADH
malato
CO2
fumarasa FADH2
FAD
fumarato succinato Succinato deshidrogenasas
HS-CoA
GTP
GDP Succinil-CoA
Sintasa de succinil-CoA
El ciclo del ácido tricarboxílico Excepto por la succinato deshidrogenasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa, que se une a la membrana interna , todas la enzimas del CAT residen en fase soluble de la matriz Piruvato
CoA
glucosa
CAT Piruvato
por la descarboxilación oxidativa y el ciclo de Krebs se genera:
CoA
CO2
citosol
1 ATP 1 ATP
3 NADH 3 NADH
1 FADH2 1 FADH2
2
6
2
Espacio extracelular
sangre
Pulmones para su eliminación
Fosforilación oxidativa Las oxidaciones de la fosforilación oxidativa tienen lugar en la membrana interna de la mitocondria La energía almacenada en: NADH
Pasan al
ATP
FADH2
NADH
NAD+ + 1 H+ + 2e-
FADH2
FAD
I NADH deshidrogenasa
+ 2 H+ + 2e-
Pasan a la cadena transportadora de electrones
III Complejo b-c1
II Succinato deshidrogenasa IV Citocromo oxidasa
Citocromo C
Ubiquinona
Fosforilación oxidativa o s o n a r b m e m r e t n i o i c a p s E
NAD+
FAD
NADH
FADH2
Matriz mitocondrial H2 O
Citocromo c Ubiquinona H+
e-
H+
I H+
e-
II
H+
H+
III
IV
H+
H+
O2 e-
Pi + + H ADP ATP
ATP sintasa H+ H+ H+ H+
H+ H+H+ H++ H+ + H+ H+H+H+H H + H
Tipos de portadores de electrones Componente proteico (Complejo 1) NADH-CoQ deshidrogenasa
(Complejo II) SuccinatoCoQ deshidrogenasa
Grupos prostéticos FMN Fe-S
FAD Fe-S
Tipos de portadores de electrones Componente proteico (Complejo III) CoQH2-citocromo c reductasa
Grupos prostéticos Hemo b1 Hemo bH Fe-S Hemo c1
Tipos de portadores de electrones Componente proteico
Grupos prostéticos
Citocromo c
Hemo c
Tipos de portadores de electrones Componente proteico (Complejo IV) Citocromo c oxidasa
Grupos prostéticos Cua2+ Hemo a Cub2+ Hemo a3
Tipos de portadores de electrones ubiquinona
(UC o coenzima Q) es una molécula liposoluble que contiene una cadena hidrófoba larga compuesta de unidades isoprenoides de cinco C
Puede aceptar un electrón (radical semiquinona: QH) Puede aceptar dos electrones (ubiquinol: QH 2)
Síntesis de ATP Modelo quimiosmótico la energía electroquímica inherente a la diferencia en la concentración de protones y a la separación de cargas a través de la membrana mitocondrial interna la fuerza protón-motriz
Impulsa la síntesis de ATP a medida que los protones fluyen de manera pasiva a través de un poro que se encuentra asociado a la ATP sintasa.
Síntesis de ATP
La estructura de la sintasa de ATP Tres subunidades α Tres subunidades β Porción F1
Subunidad δ Subunidad ϒ Subunidad Є
Una porción a Porción Fo
dos porciones b 10-14 porciones c
Los NADH generado durante la glucolisis no ingresan a las mitocondrias 1) Entran a la mitocondria (mediante una vía llamada lanzadera de malato-aspartato ) y reducir ahí el NAD+ a NADH 2) Transferir su electrones a FAD (por una vía llamada lanzadera de glicerol fosfato ) para producir FADH2
Los NADH generado durante la glucolisis no ingresan a las mitocondrias La lanzadera de malato-aspartato transporta a la mitocondria los electrones de los NADH generados durante la glucolisis
Los NADH generado durante la glucolisis no ingresan a las mitocondrias Lanzadera de glicerol 3-fosfato transporta a la mitocondria los electrones de los NADH generados durante la glucolisis
En presencia de oxigeno por cada molécula de glucosa se generan 30 a 32 ATP Energía producida en el citosol
Energía gestada en la mitocondria Generan Glucolisis
Gana
Generados
En el citosol
4 ATP
Debido a que gasta 2 ATP
2 ATP
2 NADH
Producen de 1.5 a 2.5 ATP
3 a 5 ATP En la mitocondria 5 a 7 ATP
En presencia de oxigeno por cada molécula de glucosa se generan 30 a 32 ATP Descarboxilación oxidativa
2 NADH
2 Piruvato
2 Acetil Co A
Ciclo de Krebs
1 ATP
1 ATP
2 ATP
3 NADH
3 NADH
15 ATP
1 FADH2
1 FADH2
3 ATP
NADH
2.5 ATP
FADH2
1.5 ATP
5 ATP
20 ATP
En presencia de oxigeno por cada molécula de glucosa se generan 30 a 32 ATP Glucolisis
5 a 7 ATP
Descarboxilación oxidativa
5 ATP
Ciclo de Krebs
20 ATP
total
30 ATP o
32 ATP
Los ácidos grasos son degradados en las mitocondrias Enzimas de la beta oxidación de los ácidos grasos (matriz mitocondrial Acil CoA deshidrogenasa Enoil CoA hidratasa Hidroxiacil CoA deshidrogenasa Beta-cetoacil CoA tiolasa
Los ácidos grasos son degradados en las mitocondrias cuatro reacciones acilo graso CoA
acetil CoA NADH
FADH2
Oxidación de los ácidos grasos
ácido esteárico (18 carbonos)
9 acetil CoA
Ciclo del TCA
8 NADH
Cadena transportadora de electrones
8 FADH2
Interrelación con el ciclo de Krebs Los acetilos formados en la βOXIDACIÓN ingresan al CICLO DE KREBS para su oxidación total a CO2. Los NADH y FADH2 producidos en el CICLO DE KREBS forman ATP en la mitocondria (FOSFORILACIÓN OXIDATIVA)
Peroxisomas El peroxisoma es un organelo celular que está presente en todos los tejidos excepto en el eritrocito maduro Es particularmente prominente en el hígado , donde puede ocupar del 1.5 al 2% del volumen celular parenquimatoso, y en el riñón .
Peroxisomas Son organelos pequeños y esféricos, limitados por membranas, muy parecidos a los lisosomas, aunque se distinguen de éstos porque disponen de contenidos enzimáticos muy diferentes
Funciones de los peroxisomas Oxidación de ácidos grasos de cadena larga Oxidación de ácidos grasos de cadena ramificada Oxidación de D-aminoácidos Poliaminas Biosíntesis de plasmalógenos Sistema de defensa La presencia de catalasa y peroxidasa son las que usan los peroxisomas en el hígado para descomponer las moléculas de alcohol en sustancias que puedan ser eliminadas del organismo.
Peroxisomas Biogénesis de los peroxisomas
Peroxisomas Secuencia de importe a los peroxisomas Ser-Lys-Leu-COOcatalasa D-aminoácido oxidasa Urato oxidasa Enzimas involucradas en la betaoxidación
Peroxisomas Los peroxisomas usan oxígeno molecular y peróxido de hidrógeno para llevar acabo las reacciones oxidativas oxidasa
Peroxisomas La oxidación peroxisómica de ácidos grasos no genera ATP Los peroxisomas carecen de una cadena respiratoria
FAD
H2O2 oxidasa
FADH2
O2
catalasa H2O + O2
El NADH producido durante la oxidación de los ácidos grasos sale y se reoxida en el citosol
NAD+ NADH NADH
Peroxisomas Los peroxisomas también carecen del ciclo del ácido cítrico por lo que el acetil CoA generado durante la degradación peroxisómica de los ácidos grasos no puede oxidarse más Acetil CoA
