9-Mitocondrias (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2015
Páginas 7
Fecha de subida 22/03/2015 (Actualizado: 15/05/2015)
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Tema 9: Mitocondria Existen diferentes tipos de mitocondrias según la disposición de sus crestas: transversales, tubulares, curvas, longitudinales...
Pueden moverse por el citosol, desplazándose a los lugares donde se requiere un aporte de energía. Sin embargo, en las células musculares o el espermatozoide, permanecen fijas, ya que se requiere un aporte constante.
Las mitocondrias forman una red dinámica: se fusionan o fisionan formando estructuras individuales.
1. Estructura En la mitocondria pueden distinguirse 4 zonas: 1.1.
Membrana mitocondrial externa (70 A) Su composición es similar a la de la membrana plasmática.
Contiene porinas en forma de lámina β, que permiten el paso de moléculas de hasta 6 kDa. Además, en esta membrana, se sintetizan fosfolípidos y se desaturan o elongan ácidos grasos.
1.2. Espacio intermembranal (60-100 A) Su composicion es similar a la del citosol debido a la entrada de moléculas a través de las porinas. En algunas zonas, la MME y la MMI se aproximan de tal manera que el EI desaparece.
En él encontramos, además, gran cantidad de enzimas. Un ejemplo es la adenilquinasa, que transforma el AMP+Pi (que no pueden pasar a la matriz) en ADP (que sí puede hacerlo).
1.3. Membrana mitocondrial interna (60 A) Se encuentra plegada formando crestas que aumentan la superficie. En ella se encuentran gran cantidad de proteínas implicadas en la síntesis de ATP o el transporte de sustancias.
Esta membrana es altamente hidrofóbica debido a la cardiolipina, un fosfolípido con cuatro colas de ác. Grasos.
1.4. Matriz mitocondrial Contiene múltiples enzimas implicadas en distintas rutas metabólicas (oxidación del piruvato, oxidación de ácidos grasos, ciclo de Krebs) o en la replicación, transcripción y traducción del DNA mitocondrial.
De hecho, también se encuentran varias copias del DNA, ribosomas, tRNA o rRNA. Este DNA es pequeño y circular, de herencia citoplasmática y presenta un código genético diferente al universal.
El DNA mitocondrial codifica para 13 subunidades proteicas, 2 rRNA y 22 tRNA.
2. Biogénesis Durante la división celular, es necesario que el número de mitocondrias crezca, lo que sucede durante la interfase. Para ello es necesario replicar el DNA mitocondrial, sintetizar proteínas propias, importar proteínas del citosol (95%) e importar lípidos del REL.
2.1. Importación de proteínas Las proteínas mitocondriales se sintetizan en el citosol y presentan una secuencia señal que indica su compartimento de destino (se corta tras la traslocación).
Esta se denomina secuencia señal de matriz (SSM) y se sitúa en Nter.
Adopta una estructura tridimensional en forma de hélice α, donde los aminoácidos + se sitúan a un lado (hélice anfipática).
La translocación es postraduccional, por lo que es necesaria la actuación de chaperonas que desplieguen la proteína permitiendo su entrada en el translocón. También se necesita un receptor para la SSM u otro tipo de señal interna.
Existen diferentes tipos de translocones:  En la MME: o TOM (varios receptores) → mayor parte de las proteínas  o SAM → porinas En la MMI: o TIM23 o TIM22 o OXA → subunidades codificadas por DNA mitocondrial.
Las proteínas con SSM no solo van a la matriz, sino que tienen como destino las diferentes partes de la mitocondria.
2.2. Proteínas de la matriz Interviene los complejos TOM y TIM23.
1. El receptor TOM20/22 reconoce la SSM y la proteína entra en el canal TOM.
2. La concentración de H+ y la carga + del espacio intermembranal hacen que la proteína 3. entre en el canal TIM23 (que solo funciona en presencia de este gradiente).
4. La proteína entra en la matriz gracias a chaperonas mitocondriales.
5. Una vez esta haya entrado, las proteasas cortan la SSM.
6. Finalmente, las proteínas se pliegan por sí solas o gracias a chaperoninas.
2.3. Proteínas de la MMI Existen 3 vías:  Vía 1 (SSM): también intervienen TOM y TIM23. Existe una secuencia hidrofóbica que frena la translocación, se corta la SSM y la proteína se inserta.
 Vía 2 (SSM) o La proteína completa entra desde el citoplasma a través de TOM/TIM23 y OXA1 la inserta en la membrana.
o La subunidad citoplasmática entra a través de TOM/TIM23, mientras que OXA1 une la mitocondrial e inserta la proteína.
 Vía 3 (SS interna): el receptor TOM70 reconoce la SS interna. La proteína no tiene carga + en Nter, por lo que necesita de chaperonas que la transporten hasta TIM22, que la inserta en la membrana. También se necesita el gradiente de H+.
2.4. Proteínas del espacio intermembranal  Vía A (SSM): proceso idéntico a la vía 1 anterior.
Una vez la proteína se ha insertado en la MMI, una proteasa corta por una secuencia de aa determinada, quedando la proteína libre en el EI.
 Vía B (SS interna): la proteína entra a través de TOM y permanece en el EI.
2.5. Proteínas de la MME Las porinas entran por TOM y las chaperonas las dirigen a SAM, quien las inserta en la membrana.
Otra posibilidad es que, además de la SSM exista una secuencia hidrofóbica que detendría la translocación en TOM. Una vez acabada la traducción, la proteína difunde a través de la membrana sin que se elimine la SSM.
3. Funciones mitocondriales 3.1. Oxidaciones mitocondriales El Acetil-CoA producido en la oxidación de la glucosa o de los ácidos grasos se emplea en el Ciclo de Krebs: El poder reductor generado durante las oxidaciones anteriores, se emplea en la cadena transportadora de e-.
Está formada por 4 complejos proteicos situados en la MMI. Estas proteínas presentan una zona no proteica (grupo prostético) encargada del transporte de los e-. Además, se necesitan 2 transportadores móviles:  CoQ: presenta una cola hidrofóbica que le permite moverse entre los lípidos transportando H+.
 CytC: proteína periférica.
El NADH cede sus e- al Complejo I y el FADH2 lo hace al Complejo II.
El NADH se oxida (pierde 2 e- y un H+) y sus e- circulan por el complejo I de proteína en proteína. El complejo utiliza la energía producida para bombear 4 H+ hacia el EI.
Los 2 e- se ceden al CoQ, que toma 2 H+ y difunde en la membrana. Libera los H+ al EI y cede los eal Complejo III. Este, al igual que el Complejo I, bombea 2 H+ al EI.
El CytC transporta 1 e- por viaje al Complejo IV. Allí hay una nueva circulación de e- y se bombean 2 H+.
Finalmente, los e- de baja energía son aceptados por el oxígeno, que se reduce a H2O.
El FADH, sin embargo, cede sus e- al Complejo II, que no bombea protones. Los 2 e- y los 2 H+ se utilizan para reducir al CoQ y, a continuación, se da el proceso anterior.
Los componentes de la cadena transportadora no están ordenados, sino que los e- se transportan debido a:  Potenciales redox  Movilidad de ciertos compuestos (CoQ, CytC)  Interacciones específicas (MMI poco fluida) La diferencia de cargas que crea el gradiente de H+ permite: síntesis de ATP, producción de calor, transporte activo o translocación de proteínas.
3.2. Síntesis de ATP La ATPsintasa necesita bombear 3 H+ para sintetizar una molécula de ATP. Pero también es necesario ADP y Pi.
EL ADP entra en la matriz en contra de gradiente debido a la salida de ATP.
El Pi entra debido a la salida de OH-, que se combina con H+ para formar H2O.
Por lo tanto, en realidad, se necesitan 4 H+.
ATPsintasa Presenta una zona inmersa en la membrana (F0) y otra en la matriz (F1). En la parte transmembranal existe un canal por el que entran protones haciendo que la subunidad C gire. Los H+ giran dando toda la vuelta y salen a la matriz.
La cabeza de la bomba está formada por un hexágono de subunidades α y β. El giro de C hace que también giren ε y ϓ. Gracias a esto, cada una de las subunidades β presenta una configuración diferente que va cambiando a lo largo del tiempo:  "O": poca afinidad por el ATP y alguna por el ADP+Pi (pueden unirse).
 "L": afinidad por el ADP+Pi, de forma que el ATP no se puede abrir.
 "T": mucha afinidad por el ADP+Pi, permite que se forme el ATP.
3.3. Transporte activo En la MMI se dan los siguientes fenómenos de transporte activo:  Entrada de ADP en contra de gradiente debido a la salida de ATP a favor.
 Entrada de piruvato por la entrada de H+ o la salida de OH-.
 Entrada de Pi por la mima razón.
 Lanzadora Aspartato-Malato.
Durante la glucólisis se genera NADH en el citosol, pero este no puede entrar a la mitocondria. Por lo tanto, se cede el poder reductor: el NADH se oxida y cede poder reductor al Malato, que entra en la matriz. El Malato cede el poder reductor a un NAD+, que se reduce a Aspartato para regresar al citosol.
3.4. Producción de calor Se produce en las mitocondrias adipocitos multiloculares. Sustancias naturales como la proteína termogenina o artificiales como el dinitrofenol desacoplan la cadena transportadora de la síntesis de ATP. Los H+ generados pasan por esta proteína y la energía se libera en forma de calor.
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