Mitocondrias y Respiración Celular

Víctor Hugo Casco2012

“Labor Improbus Omnia Vincit”(El Trabajo Tenaz Todo lo Puede)

• Organoides de membrana: • Mitocondrias: Origen – Organización estructural y funcional.

Energética celular: glucólisis, descarboxilación oxidativa y fosforilación oxidativa.

Temas a desarrollar

Mitocondrias

Mitocondrias

Matriz

Crestas Mitocondriales

MembranaInterna

MembranaExterna

Funciones de las mitocondrias

• Descarboxilación oxidativa, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa

• Remoción de Ca2+ citosólico • Síntesis de algunos aminoácidos (en hepatocitos)• Síntesis de esteroides (en mitocondrias de la

corteza suprarrenal, ovarios y testículos)

El origen de las mitocondriasCélula eucariótica

ancestral anaerobiaMembranas

internasnúcleo

Bacteria aeróbica

Mitocondria condoble membrana

Célula eucaríoticaprimitiva

Mitocondrias y Microtúbulos

Retículo mitocondrial dinámico

Fisión

Fusión

J. Nunnari et al., Mol. Biol. Cell 8:1233 1242, 1997

Sistema genético de las

Mitocondrias humanas

ADN circular múltiples copias

Humanos 16 kbLevaduras 80 kbVegetales: + de 200 kb (ej. Arabidopsis thaliana367 kb32 proteínas) Reclinomonas (protozoo): 69 kb 97 genes

Lazo DARNr 12S

ARNr 16S

13 proteínas

Diferencias entre el código genético universal y el código genético de mitocondrias.

Codón Código Universal Código mitocondrial humano

UGAAGAAGGAUA

StopArgArgIle

TrpStopStopMet

En plantas y levaduras hay otros codones que varían en relación alcódigo universal.

Diferencias con el Código universal

ADN mitocondrial y nuclear teñidos con un colorante fluorescente

Euglena gracilis

ADNm

ADNn

Y. Hayashi and K. Ueda, J. Cell Sci. 93:565 570, 1989

Bromuro de etidio Espacio de la matríz

mitochondrial

Fisión y fusión mitocondrialFisión

Fusión

ADN mitocondrial

Importación de Proteínas hacia

las mitocondrias

Presecuencias

Hsp70Complejo Tom

Complejo Tim

MME

MMI

EI

Matriz Mitocondrial

Citosol

Inserción de las proteínas en la membrana mitocondrial

Tom

Tim

Citosol

MMI

MME

Matriz

Espacio intermembrana

Clasificación de proteínas al espacio intermembrana

clivaje

Tim

Tom

No sólo las proteínas sino los fosfolípidos de las membranas mitocondriales son importadas del citosol

Los fosfolípidos de las membranas mitocondriales son importadas del citosol

• En células animales, fosfatidiletanolamina y la fosfatidilcolina son sintetizadas en el RE y transportadas a las mitocondrias por proteínas transportadoras de fosfolípidos

• Las mitocondrias luego sintetizan fosfatidilserina, a partir de la fosfatidiletanolamina, además de catalizar la síntesis de un fosfolípido inusual, la cardiolipina que contiene cuatro cadenas de ácidos grasos

Energética Celular

Reacciones de Glucólisis

Energía Consumida Energía ProducidaGlucosa

Glucosa6-fosfato

Fructosa6-fosfato

Fructosa1,6-bifosfato

Dihidroxiacetona fosfato

Gliceraldheído 3-fosfato

1,3-bifosfoglicerato

3-fosfoglicerato

2-fosfoglicerato

fosfoenolpiruvato

Piruvato

Condiciones aeróbicas

Al ciclo delácido cítrico

Condiciones anaeróbicas

Lactato Acetaldehído Etanol

Hexoquinasa

Fosfogluco-isomerasa

Fosfofructo-quinasa

Aldolasa

Fosfotriosaisomerasa

Gliceraldheído-3-P-deshidrogenasa

Fosfoglicerato-quinasa

Fosfoglicerato-mutasa

Enolasa

Piruvato-quinasa

Metabolismo oxidativoPiruvato Ácidos grasos

PiruvatoÁcidos grasos

Acetil CoA

Ciclo del ÁcidoCítrico

Membranaexterna Membrana

interna

Matriz

Piruvato deshidrogenasa

Nicotinamida Adenosina Dinucleótido (NAD+)

Nicotinamida

Oxidación biológica de un alcohol a un aldehído

Riboflavina

Flavina Adenina Dinucleótido

(FAD)

Oxidación de Ácidos Grasos

Ác. GrasosÁcido Palmítico (16 C)

Micrografía Electrónica y esquema de un gránulo de glicógeno

Descarboxilación Oxidativa del Piruvato

Piruvato

-Mercaptoetilamina Ácido Pantoténico

3-Difosfoadenosina difosfato

Piruvato deshidrogenasa

Coenzima A (CoA)

Ciclo del ácido Cítrico

Acetil CoA

Citrato

cis-Asconiato

Isocitrato

-Cetoglutarato

Succinil CoA

Succinato

Fumarato

Malato

OxaloacetatoCitrato-sintasa

Aconitasa

Isocitratodeshidrogenasa

Isocitratodeshidrogenasa

α-cetoglutarato deshidrogenasa

Succinatotioquinasa

Succinatodeshidrogenasa

Fumarasa

Malatodeshidrogenasa

Los electrones son transferidos desde el

NADH a flavinmononucleótido (FMN) y

a través de transportadores ferro-sulfurosos (Fe-S), a la coenzima Q (CoQ).

Los electrones del FADH2entran a la cadena

transportadora de e-

a menor energía y son transferidos a la

coenzima Q (CoQ).

La coenzima Q transportador móviltransfiere sus e- al cyt b (complejo III).

Comp

lejo I

IComplejo III

Los electrones son finalmente usados para

reducir O2 a H2O

Comp

lejo I

VCo

mplej

o ICadena transportadora de electrones

Complejo I = NADH deshidrogenasaComplejo III = Citocromo b-c1

Complejo IV = Citocromo oxidasa

Transporte de e- desde el NADH

40 cadenas polipeptídicas

10 cadenas polipeptídicas

Citosol

Espacio Intermembrana

Matriz

NADH deshidrogenasaComplejo Citocromo b-c1

ComplejoCitocromo

oxidasaATP

sintetasa

4 4x par de e- x par de e- 2 x par e-

10 H+ x par de e-

4

succinato

Transporte de e- desde el FADH2

4 cadenas polipeptídicas

Citocromo b-c1 Citocromooxidasa ATP

sintetasa

Succinato 2 x par e-

6 H+ x par e-

4 x par e-

La naturaleza electroquímica del gradiente protónico

Gradiente deconcentración

Potencialeléctrico

Citosol

Espacio intermembrana

MatrizP. Mitchell,1961

Estructura de la ATP sintetasa4

4

Transporte de metabolitos a través de la MMI

Piruvato

Espacio intermembrana

Matriz mitocondrial