1. Las mitocondrias son organelos característicos de las células eucariotas que producen ATP mediante la fosforilación oxidativa. 2. En la fosforilación oxidativa, los electrones se transfieren a través de una cadena de transporte de electrones en la membrana mitocondrial interna, bombeando protones y generando un gradiente electroquímico. 3. La ATP sintasa utiliza la energía de este gradiente para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato.
2. Mitocondrias en 4 puntos
1. Son organelos característicos de las células eucarióticas, y se postula que son
resultado de un evento endosimbiótico.
2. En ellas se produce una serie de reacciones de óxido-reducción cuya energía
libre es utilizada para la síntesis de ATP.
3. En las células aeróbicas, el piruvato formado en la glicólisis (anaeróbica) es
transportado a la mitocondria donde es oxidado por el O2 a CO2.
4. Estas reacciones de oxido-reducción generan una diferencia en la concentración de
protones entre el interior y el exterior de la membrana interna de las
mitocondrias. El transporte de los protones a favor de su gradiente de
concentración (∆G<<0) permite acoplar fosfato a ADP, generando el grueso del
ATP producido por la conversión de glucosa a CO2.
3. Resumen de la fosforilación oxidativa en mitocondrias
http://www.nature.com/nrg/journal/v2/n5/animation/nrg0501_342a_swf_MEDIA1.html
4. Transporte de sustratos al interior de la mitocondria:
piruvato y Acil-CoA-de-AcGrasos
+ 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
+ 2 NADH +
2
2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
5. Ciclo del ácido cítrico
El paso final de la oxidación de los
carbohidratos y lípidos se produce en el
ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs.
Reacciones por enzimas en la matriz
mitocondrial. Sustrato fundamental es el
acetil CoA.
Primero, un residuo acetilo del acetil CoA
se condensa con una molécula de
oxaloacetato para dar citrato.
Luego, a través de una secuencia de
reacciones (etapas 2 a 8) cada molécula
de citrato es convertida en oxaloacetato
perdiendo 2 moléculas de CO2 en el
proceso.
En el ciclo, cuatro pares de electrones
son removidos de los átomos de
carbono: tres pares de e- son
transferidos a tres moléculas de NAD+
para formar 3NADH + 3H+ y un par es
transferido al aceptor FAD para formar
FADH2.
7. Fosforilación oxidativa
El NADH y el FADH2 transfieren electrones a la cadena respiratoria ubicada en la
membrana interna mitocondrial (MIM) constituida por tres grandes complejos
enzimáticos:
el complejo I NADH deshidrogenasa (NADH-CoQ reductasa, 880 kD) , el complejo III
citocromo b-c1 (CoQ-citocromo c reductasa) y el complejo IV citocromo c oxidasa.
proteína soluble
coenzima Q
8. Fosforilación oxidativa
soluble protein
Cada uno de estos complejos actúa
como una bomba de protones
impulsada por el transporte de
electrones. La pérdida de electrones
regenera las formas oxidadas de
NAD+ y FAD y las formas reducidas
coenzima Q (Q)
del aceptor. Los electrones son
finalmente transferidos al O2.
Los ΔG de estas reacciones son muy
negativos, indicando éstas son
fuertemente exergónicas.
Al pasar electrones de una molécula
transportadora a la otra la energía
liberada es usada para bombear
protones al espacio intermembranas,
generándose una diferencia de
potencial electroquímico de protones
(ΔμH+) a través de la membrana
interna.
9. Fosforilación oxidativa
La fosforilación oxidativa es el proceso en cual se forma ATP como resultado de la
transferencia de electrones desde el NADH o FADH2 al O2 por medio de una serie de
transportadores de electrones en la membrana interna mitocondrial.
Las reacciones de la vía glicolítica y del ciclo de Krebs producen la conversión de
1 molécula de glucosa en 6 de CO2 y la reducción de 10 NAD+ a 10 NADH y 2 FAD
a 2 FADH2.
http://www.nature.com/nrg/journal/v2/n5/ani
mation/nrg0501_342a_swf_MEDIA1.html
10. Carácterísticas probables de
los protoeucariontes
1. Células Depredadoras: 2
Sin pared celular, por lo tanto, capaces
•
de fagocitar.
• Gran Tamaño,
• Citoesqueleto
1
• Núcleo protegido (de las presas y de
las enzimas digestivas).
Carácterísticas probables de
las protomitocondrias
1. ¿Parásitos intracelulares? Poco probable
debido a su eficiente metabolismo. Hipótesis alternativas que describen el origen de
las células eucariontes.
2. Cadena transportadora de H+ en la 1. Fusión de un Archaeobacterio metanogénico
membrana. Probablemente asociada ya (huesped que requiere H) con Proteobacterium
a la generación de energía, pero (simbionte productor de hidrógeno)
2. Eucarionte amitocondrial producido pot la fusión de
desarrollada inicialmente para…
Archaeobacterio con un Proteobacterium, adqusición de
mitocondrias por endosymbiosis con un alpha-
3. Sin núcleo definido. Proteobacterium.
Gray et al. (1999); Science 283, 1476
11. Organización morfofuncional
Las mitocondrias poseen dos membranas fosfolipídicas que definen el
espacio intermembranas y la matriz.
.
Origen bacteriano:
• Genoma Mitocondrial: Codifica 2
rARN, 22 tARN y 13 polipéptidos
•Ribosomas: carácterísticas
mixtas
•Síntesis protéica se inicia en N-
fornil-Metionina (igual q’
bacterias)
¿Dónde están los demás
genes?
ADN mitocondrial
12. Organización morfofuncional
Membrana externa: contiene proteínas
integrales: enzimas (i.e. monoamino oxidasa y
canales acuosos débilmente selectivos a
aniones (VDACs) y permeables a moléculas
con PMs hasta 4 o 5 KDa. Canales
translocadores de proteínas (TOM)
Membrana interna: Plegada formando las
crestas mitocondriales. Contiene: lípidos
30% ( PC, PE, cardiolipina) y proteínas
integrales (70%): complejo
multienzimático de la cadena
respiratoria, ATPasa F0F1 o ATP sintetasa,
transportadores y canales iónicos. Canales
translocadores de proteínas (TIM)
Matriz mitocondrial: contiene enzimas, que
participan en la oxidación de piruvato y
ácidos grasos y las del ciclo del ácido
cítrico. Además, DNA mitocondrial, ribosomas,
tRNA y enzimas para la expresión de los genes Cardiolipina, difosfatidilglicerol
mitocondriales. (membrana interna)
13. Las mitocondrias son organelos móviles y activos
Movimiento: Las mitocondrias no son organelos sésiles. Están asociados al citoesqueleto y
responden a estímulos.
División: ¿qué forma tiene una mitocondria? Estamos acostumbrados a una visión estática,
sin embargo, las mitocondrias forman retículos mitocondriales o se dividen en múltiples
organelos.
Imágenes de Alberts et al.
MBC, 2008
14. EYFP (enhanced yellow fluorescent protein) con secuencia de de
destinamiento a mitocondrias de la SubU VIII de la Citocromo C. SYTOX
Orange (Núcleo) y Falloidina-Alexa Fluor 350.
Michael W. Davidson , Florida State University
15. Reacciones químicas en la mitocondria
Hay tres grupos de reacciones que ocurren en la membrana interna y la matriz:
1- Oxidación del piruvato o ácidos grasos a CO2 acoplada a la reducción de los compuestos
portadores de electrones NAD+ y FAD a NADH y FADH2.
2- Transferencia de electrones desde el NADH y FADH2 al O2: ocurren en la membrana
interna y están acopladas al transporte de protones y a la generación de una diferencia de
potencial electroquímico de H+ a través de dicha membrana .
3- Captura de la energía almacenada en el gradiente electroquímico de protones para la
síntesis de ATP por el complejo ATPasa F0F1
H+
H+ e
-
e- H+
FADH2
H+ H+
H+
Lodish et al. 2004
16. Activación: de piruvato a Acetil-CoA,
Las mitocondrias pueden usar piruvato (CH3-CO-COO-) o ácidos grasos como combustible,
para formar la importante molécula portadora activada: acetil CoA.
El piruvato generado durante la glicólisis es transportado a través de las membranas
mitocondriales a la matriz. Allí reacciona con la coenzima A para formar acetil CoA, NADH
y CO2 en una reacción catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa.
complejo piruvato deshidrogenasa
17. Fuente de energía en las mitocondrias:
Oxidación mitocondrial de ácidos grasos
En el citosol los ácidos grasos libres
son esterificados a la coenzima A
acil-CoA en una
para formar
reacción exergónica acoplada a la
hidrólisis de ATP a AMP y PPi.
Las moléculas de acil-CoA se
transportan a la mitocondria donde
a acetil CoA
son oxidadas y
moléculas de acil CoA acortadas en
dos átomos de carbono (n-2).
Al mismo tiempo una molécula de
NAD+ es reducida a NADH y una de
FAD a FADH2.
18. Dudas sobre las Mitocondrias
• ¿Qué función cumple la • ¿cuáles son los posibles
presencia de 2 membranas? orígenes de las mitocondrias?
¿qué evidencia tenemos de
• ¿Cuál de las dos membranas
esto?
es crucial para la función de las
mitocondrias? • ¿Como se define simbiosis?
• ¿Cómo se obtiene la energía • ¿Cuál es la función de la
para sintetizar ATP? cardiolipina?
• ¿qué es una gradiente • ¿qué tipo de proteína es la ATP
electroquímica? sintasa?
• ¿Por qué presentan crestas • ¿En que se diferencia la ATP
mitocondriales? ¿qué formas sintasa de la Na/K ATPasa?
tienen? • ¿Qué enfermedades
• ¿Cómo se hace una tomografía mitocondriales pueden afectar
de una mitocondria en base a los tejidos de manera
microscopía electrónica? diferencial?
