19. Mitocondri (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Medicina - 1º curso
Asignatura Estructura i Funció Cel·lular
Año del apunte 2014
Páginas 7
Fecha de subida 10/02/2015
Descargas 12
Subido por

Vista previa del texto

T·19:  El  mitocondri     El   conjunt   d’esdeveniments   que   acabarien   donant   lloc   al   descobriment   del   mitocondri   s’inicià   el   1774,   Pretty   &   Lavoisier   observaren   un   consum   d’oxigen   per   part  de  les  cèl.  Gairebé  un  segle  més  tard  es  descobriren  uns  grànuls  en  el  múscul     esquelètic   (1857,   Kolliker)   i   també   uns   orgànuls   amb   vida   pròpia   que   s’anomenaren  bioblastes  (1890,  Altmann).  Ja  al  1942,  Warburg,  es  localitzaren  uns   enzims   de   respiració   que   anomenaren   mitocondris,   gràcies   a   la   formació   d’uns   cristalls  violeta  en  l’interior  d’aquests  originats  pel  fosfat.  Entre  el  1940-­‐43,  Claude,   aconseguí   l’aïllament   d’un   mitocondri   mitjançant   la   fragmentació   cel.   El   científic   Palade  fou  qui  al  1952  definí  una  ultraestructura  de  la  morfologia  de  l’orgànul.   Per   a   l’estudi   del   mitocondri,   és   a   dir,   el   seu   aïllament   procedim   a   la   homogeneïtzació   de   la   mostra   i   després   la   centrifugació   a   diferents   velocitats,   seqüencial.   A   velocitats   mitjanes   (10.000G)   ja   trobem   en   el   pellet   mitocondris,   lisosomes  i  peroxisomes.     Posseeix   una   doble   membrana:   externa   i   interna,   on   trobem   les   crestes   mitocondrials   i   la   matriu.   Sotmetent   l’orgànul   en   un   medi   hipotònic   les   seves   membranes   tendiran   a   expandir-­‐se,   tenint   en   compte   que   primer   es   trencaria   l’externa  ja  que  la  interna  té  un  perímetre  més  gran  per  les  invaginacions  o  crestes.   Si   ara   centrifuguéssim   obtindríem   les   tres   parts   principals   del   mitocondri:   membrana  externa,  membrana  interna  i  matriu.   Tenen   la   capacitat   de   fusionar-­‐se   a   través   de   les   seves   membranes   gràcies   a   una   proteïna  anomenada  miofusina  que  també  controla  la  funció  oxidativa  de  l’orgànul.     La   seva   distribució   va   en   funció   de   la   necessitat   energètica     del   teixit,   és   a   dir,   treballen   a   prop   d’on   es   necessita   energia;   la   qual   es   pot   generar   a   través   de   glucosa  i  lípids  (en  el  cas  de  les  neurones  només  s’usa  la  glucosa).  Es  troben  amb   més   quantitat   en:   el   múscul   esquelètic   propers   a   la   zona   contràctil,   al   coll   de   l’espermatozoide  (moviment),  als  tubs  renals(transport  actiu),  gotes  lipídiques  en   els  adipòcits  i  en  l’epiteli.     És   l’orgànul   subministrador   d’energia   a   través   del   transport   d’electrons.   La   producció  d’energia  es  fa  durant  la  respiració  cel.  (O2-­‐>-­‐>-­‐>CO2).     Tenen  una  mida  i  una  aparença  similar  als  bacteris.  D’aquí  que  alguns  antibiòtics   puguin   tenir   repercussions   sobre   els   mitocondris   del   nostre   organisme.   En   la   matriu  presenten  cristalls  de  pirofosfat,  cúmuls  de  d’àcid  fosfòric  necessari  per  a  la   producció  d’ATP.  D’amplada  es  situen  entre  0,1-­‐0,5  micres  i  de  llargada  entre  0,5-­‐2   micres.  Es  creu  que  la  membrana  externa  és  d’origen  bacterià.     19.1.  Membrana  externa   Serveix   per   a   regular   el   transport   de   substàncies.   Caracteritzada   per   la   presència   de  dos  complexos  proteics:     -­‐ TOM:   translocator   outer   membrane,   trasnlocador   de   proteïnes   citoplasmàtiques   pròpies   del   mitocondri.   Això   es   produeix   perquè   el   mitocondri   no   té   tota   la   informació   necessària   per   a   sintetitzar   totes   les   proteïnes  que  requereix.   -­‐ VDAC:   és  una  porina,  un  canal  d’anions  regulats  per  voltatge  (s’obra  a  partir   de  +30mV).  Si  disminueix  el  potencial  de  membrana,  disminueix  el  tamany   de   la   porina   influint   en   un   augment   de   la   concentració   de   ROS   (radicals   oxidants)   i   en   la   disminució   d’ATP,   els   quals   són   senyals   d’apoptosi.   Associat   amb   proteïnes   de   la   membrana   interna   forma   un   macrocomplex   anomenat   porus   de   transició   que   permet   alliberar   diversos   factors   al   citoplasma,   com   és   el   cas   del   citocrom   c   el   qual   promou   l’apoptosi   de   la   cèl.   quan  es  troba  al  citosol.       Com   s’ha   esmentat   abans,   el   mitocondri   no   té   la   capacitat   de   codificar   totes   les   proteïnes.   Els   gens   necessaris   per   a   la   replicació   i   expressió   de   l’ADN,   fosforil·lació   oxidativa   i   metabolisme   mitocondrial   es   troben   al   nucli   cel.   i   s’introdueixen   al   mitocondri  com  cadenes  polipeptídiques  completes.     Les   proteïnes   que   afavoreixen   l’entrada   i   sortida   d’àcids   grassos   s’anomenen   carnitines.         19.2.  Membrana  interna   Caracteritzada   principalment   per   la   presència   de   les   crestes   mitocondrials   o   invaginacions.  Són  unes  prolongacions  de  la  membrana,  que  es  poden  disposar  de   maneres   molt   diferents   (longitudinal,   transversal,   poligonal...),   amb   una   alta   quantitat   de   proteïnes   (>70%)   per   tant   és   una   zona   molt   activa,   funcional   proporcional  a  la  producció  d’energia,  ATP.     En   aquest   cas   el   complex   proteic   translocador   de   proteïnes   s’anomena   TIM   (translocator   inner   membrane)   i   transporta   les   proteïnes   cap   a   l’interior   de   la   matriu.   Els  principals  transportadors  de  metabòlits  són:  l’àcid  fosfòric  (d’entrada,  acoblat  a   un   gradient   de   H+,   té   una   funció   energètica),   l’àcid   pirúvic   (provinent   de   la   glucòlisi   ,   intercanviador   ATP<-­‐>ADP),   la   cadena   respiratòria   o   transportadora   d’electrons  i  l’ATPasa  (sintetasa).     La  cardiopilina  la  trobem  en  primer  lloc  en  les  cèl.  musculars  cardíaques  i  present   en  la  membrana  interna  mitocondrial  i  bacterial.  Té  dues  cues  hidrofòbiques  que   comparteixen   un   mateix   cap   polar   el   que   afavoreix   una   major   capacitat   aïllant   i   estabilitat.  Duu  a  terme  funcions  estructurals  necessàries  en  la  cadena  respiratòria.     -­‐>  Cadena  transportadora  d’electrons   És  un  moviment  continu  de  protons  a  través  de  bombes  a  l’espai  intermembranal   (gradient  electroquímic).  El  retorn  d’aquests  protons  a  través  de  l’ATPasa,  element   impropi  de  la  cadena,  origina  ATP.       Consisteix   en   una   seqüència   de   reaccions   redox.   El   potencial   redox   mesura   l’afinitat   d’un   transportador   pels   electrons.   En   cada   reacció   intervenen   dos   components  de  la  cadena  respiratòria  amb  diferents  potencials  redox,  el  que  el  té   més   alt   oxida   i   l’altre   redueix   (una   molècula   s’oxida   quan   perd   electrons   i   es   redueix   quan   els   guanya).   Com   més   gran   és   la   diferència   més   gran   és   l’energia   alliberada,  usada  per  bombejar  protons  fora  de  la  matriu.  Els  electrons  viatgen  de   pol  –  a  pol  +,  és  a  dir,  de  menys  a  més  afinitat.     Formada   per   quatre   grans   complexos   proteics   que   accepten   i   cedeixen   protons   i   electrons:   -­‐ I:  NAD  deshidrogenasa,  45  cadenes  polipeptídiques.     -­‐ II:  fumarat  reductasa.   -­‐ III:  citocrom  bc   -­‐ IV:  citocrom  c  oxidasa  (roba  els  electrons  al  citocrom  c)     En  tots  quatre  hi  ha  presència  de  FeS,  flavina  (FMN)  i  citocrom.     Els  electrons  que  es  transporten  a  través  d’aquests  complexos,  provocant  la  sortida   dels   protons   a   l’espai   intermembranari,   provenen   de   l’oxidació   del   NADH   i   l’acceptor  final  d’aquests  és  l’oxigen  que  unint-­‐se  a  dos  protons  dóna  lloc  a  aigua.     ·Citocrom:   substàncies   amb   color.   Tenen   un   grup   pirròlic   i   un   grup   hemo   i   estan   relacionat  amb  el  transport  de  Fe  (Fe2+  <-­‐>  Fe3+)  i  ,  per  tant,  amb  el  d’electrons.  El   citocrom   c   transporta   els   electrons   del   CxIII   al   CxIV.   Aquest   darrer   es   emprat   en   senyalització  cel.:  en  el  cas  que  passi  al  citosol  desencadenarà  l’apoptosi  de  a  cèl.   activant  enzims  (caspases...)  que  provoquen  la  degradació  de  l’ADN.     ·NADH:  nicotinamida  adenina  dinucleòtid,  acumula  més  energia  que  el  FAD  i  és  el   donador  d’electrons  de  la  cadena  pel  CxI  (oxidat-­‐>NAD+  i  reduït-­‐>  NADH,  capaç  de   captar  i  alliberar  electrons  i  H+).     ·FAD:   flavina   adenina   dinucleòtid,   en   radicals   de   menor   energia   (oxidat-­‐>   FAD+   i   reduït-­‐>FADH).   Alimenta   la   cadena   pel   CxII,   el   qual   és   l’únic   que   no   bombeja   protons.     ·CoE   Q:   ubiquinona.   Lípid   amb   una   cua   formada   per   varies   cues   d’isoprens,   per   tant,   és   hidrofòbica.   Presenta   un   anell   aromàtic   capaç     de   captar   i   alliberar   electrons.  Transporta  els  electrons  del  CxI  i  CxII  al  CxIII.     ·ATPsintetasa:   mesura   9nm   aprox.   I   està   formada   per   un   cap   globular   (F1)   i   un   cilindre   (F0),   partícules   també   anomenades   de   Fernández   Morán.   El   cilindre,   situat   dins   la   membrana   lipídica   interna   del   mitocondri   està   compost   per   la   subunitat   c   i   d  que  estableixen  un  rotar.  Aquest  es  mou  gràcies  a  l’energia  proporcionada  pels   electrons   i   conté   un   porus   que   habilita   l’entrada   del   protó   i   la   seva   sortida   després   d’haver   realitzat   una   volta   completa.   Aquests   moviments   indueixen   canvis   en   el   cap  catalític  amb  activitat  ATPsintetasa  (formació  d’ATP  per  fosforilació  oxidativa).   El  bombeig  de  tres  H+  suposen  una  molècula  d’ATP.   Posseeix  una  alta  semblança  amb  V-­‐ATPasa,  bomba  de  protons  amb  consum  d’ATP,   present  en  endosomes  i  lisosomes  per  tal  d’acidificar  el  seu  interior.   Els   bacteris   aerobis   presenten   la   cadena   respiratòria   en   la   membrana   cel.   i   un   rotor   de   protons   en   el   flagel   que   n’habilita   el   moviment,   en   aquest   cas   el   funcionament   establiria   un   moviment   de   protons   en   sentit   contrari   (hidròlisis   d’ATP)     ·UCP-­‐1:   termogenina.   Present   en   el   teixit   adipós   bru,   propi   dels   recent   nascuts   i   dels   òrgans   vitals.   Produeix   calor   gràcies   al   pas   de   protons   a   altes   velocitats   a   través   d’un   túnel   de   protons.   Es   pot   observar   com   un   desacoblament   de   la   fosforilació  oxidativa,  per  contra  de  l’acoblament  que  suposaria  l’ATPsintetasa.  En   presència  d’una  no  trobem  l’altra.       ·Radicals   lliures:   són   productes   de   la   cadena   respiratòria   altament   inestables   i   perillosos.   Es   requereixen   molècules   o   partícules   antioxidants   com   el   superòxid   dismutasa  (SOD)  que  detoxifiquin  la  cèl.     19.3.  Matriu  mitocondrial   HI   trobem   dispers   el   DNA   mitocondrial   en   forma   circular   i   bicatenari   el   qual   conté   informació  per  sintetitzar  ARNt,  ARNr  i  algunes  proteïnes  del  que  resulta  13  gens   codificadors.  Sempre  és  d’origen  matern.  També  hi  localitzem  els  mitoribosomes:   generalment     més   petits,   sensibles   als   mateixos   antibiòtics   que   els   mitocondrials   per   l’alta   similitud   i   encarregats   de   fabricar   només   una   part   de   les   proteïnes   mitocondrials.     S’hi  dóna  lloc  dues  rutes  metabòliques:  B-­‐oxidació  i  cicle  de  Krebbs.   En   la   B-­‐oxidació   es   duu   a   terme   la   degradació   dels   àcids   grassos.   Per   cada   volta   s’allibera  un  acetil  Co-­‐A,  producte  necessari  per  al  cicle  de  Krebbs,  fent  més  petit   l’àcid  gras.   L’acetil  Co-­‐A  aporta  dos  C  al  cicle  de  Krebbs  i  surten  com  CO2,  procés  conegut  com   descarboxilació   oxidativa.   A   partir   d’aquest   s’alliberen   electrons   i   protons   que   capturen  el  NAD  i  FAD  els  quals  són  essencials  per  a  la  cadena  respiratòria.  El  cicle   de   Krebbs,   per   tant,   resulta   acoblat   a   la   cadena   respiratòria   i   permet   la   degradació   de  totes  les  biomolècules  orgàniques  en  presència  d’oxigen.     Un   altre   procés   important   és   la   internalització   de   proteïnes.   És   necessari   ja   que   un   elevat  percentatge  de  proteïnes  mitocondrials,  proper  al  95%,  es  codificat  per  gens   nuclears.  La  majoria  d’aquestes  són  marcades  per  un  pèptid  senyal  amino  terminal   que  es  separa  a  l’entrar  a  l’orgànul.  Per  traslladar-­‐se  a  través  de  la  membrana  han   d’estar   parcialment   desplegades   el   que   suposa   la   necessitat   de   xaperones,   molècules  que  despleguen  la  cadena  proteica.  La  unió  de  la  xaperona  a  la  proteïna   requereix  la  hidròlisi  d’una  molècula  d’ATP.   Segons   si   el   destí   de   la   proteïna   és   la   membrana   externa,   la   membrana   interna   o   l’espai  intermembrana,  trobem  mecanismes  addicionals  de  transport:   -­‐ SAM:  es  reconeix  la  proteïna  i  s’insereix  en  la  membrana  externa.   -­‐ MIA:  es  reconeguda  i  situada  a  l’espai  intermembranari   -­‐ PAM:   acoblat   a   TIM23,   suposa   la   inserció   de   la   proteïna   en   la   matriu   i   l’eliminació  del  pèptid  senyal.   -­‐ TIM22:  reconeix  i  inserta  la  proteïna  a  la  membrana  interna.   -­‐ TIM23:  reconeix  i  insereix  la  proteïna  a  la  matriu.  Està  acoblat  a  PAM,  que   permet   eliminar   el   pèptid   senyal   quan   la   proteïna   penetra  a  la  matriu.   -­‐ (OXA:   reconeix   proteïnes   amb   senyals   mixtes   i   les   treu   a   l’espai   intermembrana.)             ...