Tema 5: Las Mitocondrias - Biología Celular y Tisular - PDF

Tema 5: Las mitocondrias Módulo I – Biología Celular Biología Celular y Tisular Grado de Fisioterapia Curso académico 2024/2025 Ve másYunta Cristina allá Yanes ...

Tema 5: Las mitocondrias Módulo I – Biología Celular Biología Celular y Tisular Grado de Fisioterapia Curso académico 2024/2025 Ve másYunta Cristina allá Yanes  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 1. Generalidades o Orgánulo presente en todas las células eucariotas cuya función principal es la de generar energía à ATP. o Tiene todas las enzimas necesarias para realizar la beta- oxidación de ácidos grasos, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. o Presenta algunas características especiales con respecto al resto de orgánulos: o Presentan una doble membrana lipídica. o Tiene su propio material genético y sus propios ribosomas. o Son semiautónomos à Pueden multiplicarse, morirse, desplazarse, etc. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 2  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 1. Generalidades Morfología, número y localización o La morfología, número y localización dependerá del tipo celular, en concreto de las necesidades ENERGÉTICAS. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 3  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 1. Generalidades o La división mitocondrial (muy similar a la de las procariotas) y sus características especiales tienen explicación en su origen mediante un evento de endosimbiosis. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 4  tuye la matriz mitocondrial. ATP sintetasa, que realiza la fosforilación oxidativa. En 1962, en suspensiones de mitocondrias de cora- COMPOSICIÓN DE LAS MEMBRANAS Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias zón de buey, fragmentadas y teñidas con contraste ne- gativo, Fernández Morán demostró que, sobre las mem- MITOCONDRIALES branas internas mitocondriales, incluidas las crestas, existen unas estructuras a modo de esferas pediculadas. Existen notables diferencias entre la composición de la Cada esfera mide unos 8 nm de diámetro, y el pedículo 2. Estructura membrana interna y la membrana externa. o tallo mide unos 4 nm (Fig. 5.6). Las denominó partícu- La membrana externa tiene un 60% de proteínas y las elementales, al pensar que contenían toda una uni- un 40% de lípidos, y es más semejante al retículo endo- dad funcional completa. Posteriormente se comprobó plasmático que la interna, incluso en su vida media, que que cada partícula sólo contiene la ATPasa de la fosfori- es de 5.2 días. Contiene algo de colesterol, fosfatidil co- lación oxidativa. Por eso, Parsons designó a estas es- lina, fosfatidil etanolamina, fosfatidilinositol y escasa tructuras con un término más morfológico y expresivo: o Bicapa lipídica cardiolipina externa.Entre las proteínas se (difosfatidil-glicerol). unidades proyectantes. Hoy suelen denominarse con los encuentran transportadores de electrones (citocromo b5 términos más funcionales de ATP sintetasa o partículas F, y la reductasa de b5-NADH), una enzima que oxida mo- en las que las esferas se designan como partículas F1 y o Espacio noaminas intermembrana. a aldehídos (monoaminooxidasa), enzimas los tallos como partículas F0. Esta enzima constituye apro- ximadamente el 15% en peso de la membrana interna y que intervienen en la degradación oxidativa de los lípi- dos (acil-CoA sintetasa y fosfolipasa A), enzimas que las crestas mitocondriales. Se ha discutido ampliamente por qué las unidades o Bicapa fosforilanlipídica nucleósidosinterna. (nucleósido difosfatasa quinasa), proyectantes no se observan más que en mitocondrias el complejo para la inserción en la mitocondria de pro- teínas sintetizadas en el citosol, proteínas de la familia teñidas con contraste negativo. Para interpretar estas oBcl-2Tiene formala de que regulan pliegues apoptosis (véase à CRESTAS. página 385), y estructuras hay que tener en cuenta que el contraste ne- múltiples copias de una proteína llamada porina, que gativo se efectúa en extensiones (procedentes de mem- forma grandes canales acuosos que atraviesan la mem- branas rotas por centrifugación), no en cortes. Las uni- o Matriz brana ymitocondrial. son permeables a moléculas menores de 10 kDa. dades proyectantes se observan sobre túbulos. Si se tratase de cortes, esos túbulos podrían corresponder al plano de sección de tabiques, pero al tratarse de exten- siones, los túbulos observados corresponden a verda- deros túbulos. Hoy se piensa que las membranas inter- nas y las crestas se fragmentan en la centrifugación y originan túbulos, que es lo que se aprecia con el mi- croscopio electrónico. En circunstancias ordinarias, las Crestas transversales rectas Crestas curvas paralelas unidades proyectantes estarían embebidas en la mem- brana interna, y con el tratamiento, al enrollarse en tú- bulos las membranas, se proyectan al exterior hacién- dose visibles. Lo que queda tras separar la membrana externa de la mitocondria se denomina mitoplasto o comparti- Crestas longitudinales rectas Crestas tubulares miento interno. En el espacio perimitocondrial se en- cuentra la enzima adenilato quinasa que fosforila el Figura 5.5. Todos Representación AMP en ADP a partir del ATP. © Copyright Universidad Europea. los derechos esquemática reservados de cuatro tipos 5 de configuración de las crestas mitocondriales. Existen referencias no confirmadas de la presencia  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 2. Estructura MEMBRANA EXTERNA o Semejante al RE à MUY PERMEABLE. o Enzimas oxidativas de lípidos. o Proteínas de regulación de apoptosis. o Permeable al agua, iones y azúcares. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 6  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 2. Estructura MEMBRANA INTERNA o Semejante a la MP de las bacterias. o POCO PERMEABLE. o No posee colesterol. o Mucha cardiolipina à Impermeable a iones y azúcares. o Enzimas oxidativas de lípidos. o Transportadores de electrones. o ATP sintetasa. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 7  nas más que el de los animales.nas Estomás se debe que ela de queloshay nas más animales.Sin que elsededebe los animales. las mitocondrias, Esto a quelashay Esto sedependerían células debe a que de hayla glu-Sin las mitocon Sin las mitocondrias, las células depen muchas secuencias intrónicas que son posteriormente muchas secuencias intrónicas que son posteriormente cólisis anaerobia, muchas secuencias intrónicas que son posteriormente que degrada la glucosa cólisis anaerobia, a que cólisis piruvato, degradaanaerob la glu eliminadas. eliminadas. eliminadas. para obtener todo su ATP (en los vegetales se obtiene para obtener to Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias para obtener todo su ATP (en los vege también ATP en los cloroplastos). Pero mientras que en también también ATP en los cloroplastos). Pero ATP en la glucólisis anaerobia se obtienen moléculasla sólo dos anaerobia la glucólisis se glucólisis obtienen ana sól Ribosomas Ribosomas Ribosomas de ATP por cada molécula de de ATP por cada moléculaATP glucosa degradada, en lade por cad de glucosa mitocondria se forman 36 moléculas mitocondriade ATPsepor cadamitocondria forman 36 moléculas sed Los ribosomas mitocondriales son Los menores ribosomas que los delLos ribosomas mitocondriales una sondemenores mitocondriales glucosa. que los delson menores una de que los del glucosa. una de glucosa. citosol. En células animales, son incluso citosol. Enmenores quecitosol.son células animales, En células Laincluso oxidación animales, de los que menores son incluso glúcidos se La menores realiza en elque oxidación ciclo La oxidación deglúcidos de los se real 2. Estructura los de las bacterias (55-60 S). Constan de dos subunida- los de las Krebs bacterias (Fig. los de las bacterias (55-60 S). Constan de dos subunida- 5.7).(55-60 El S). Constan piruvato, de procedente dos subunida- de la glucólisis Krebs Krebs (Fig. 5.7). El piruvato, procedent (Fig. 5.7). des: una de 35 S y otra de 25 des:S. Launasubunidad y otrades: de 35 Smayor de una 25 S.deLa35subunidad anaerobia Sdeylaotra de glucosa 25y S.otros mayor La anaerobia subunidad mayor la glucosaanaerobia azúcares relacionados, de de la y otros azúcar contiene un RNA de 16 S y otrocontiene de 4 S, que equivale alcontiene es un RNA transportado un RNA de 16 S y otro de 4 S, que equivale al de 16 S desdey otro el de 4 citosol S, que dentro equivale de la al mitocon- es es transportado desde el citosol dentrtransportado de 5 S de los ribosomas citoplásmicos. de 5 S de EllosRNA de lade citoplásmicos. ribosomas 5 Sdria, de donde los ribosomas RNA citoplásmicos. elEl complejode laenzimáticodria, El RNA elde piruvato donde la deshidro- complejo dria, donde elpic enzimático subunidad menor es de 12 S. Ensubunidad levaduras,menor es deysubunidad protozoos 12 S.genasa menor esprotozoos lo transforma En levaduras, de 12 S.enEnyacetil-CoA, levaduras, genasa elprotozoos cual entray en elen lo transforma genasa lo trans acetil-CoA, el ciliados, los ribosomas mitocondriales ciliados,pueden ser ma-ciliados, los ribosomas ciclolosderibosomas mitocondriales Krebs pueden mitocondriales de la sermatriz ma- mitocondrial, pueden ciclo ser ma- oxidándose de Krebs aciclo mitocondri de la matriz de Krebs d + + yores que los de las bacterias. En todos yores queloslos casos, ri-yores CO de laslosbacterias. que los En2 ytodos delos generandolascasos, bacterias. NADH En + Htodos los ri- COlos y FADH 2 y2.casos, generandolos ri-NADHCO + + 2Hy+ generand y FADH2. Matriz mitocondrial ADN TABLA 5.1. Diferencias entre el código genético TABLA 5.1. TABLAyel5.1. mitocondrial Diferencias entre delDiferencias elcódigo genético entre núcleo el códigoy genético mitocondrial mitocond el del núcleo o ADN. Codón Núcleo Codón Núcleo Mitocondrias Codón Núcleo Mitocondrias Mitocondr Plantas Levaduras Plantas Drosophila Levaduras Plantas Levaduras MamíferosDrosophila UGA Stop Stop Stop Trp StopTrp Trp Trp o Ribosomas à Similares a los procariotas. UGA Stop Stop UGA Trp Trp AUA Ile AUA Ile IleAUA Met Ile IleMet Met Ile Met Met Met CUA Leu CUA Leu Leu CUA Thr Leu LeuLeu Thr Leu Leu Leu Thr o Acumulaciones de Ca2+. AGA-AGG Arg AGA-AGG Arg Arg AGA-AGG Arg Arg ArgSer Arg Arg Stop Ser Arg o Inclusiones lipídicas à Participan junto con el REL Características muy similares al procariota: No forma cromosomas, generalmente una varias copias de una en la síntesis de hormonas esteroideas. molécula circular. o Enzimas implicadas en el metabolismo: Muchos de los genes originales han sido traslocados al núcleo. o Beta – oxidación de ácidos grasos. Codifica para ciertas proteínas de la membrana interna, o Ciclo de Krebs. ARNr y ARNt. o Fosforilación oxidativa. Código genético con pequeñas diferencias. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 8  6.3. Funciones Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función 1- Ciclo de Krebs o RESPONSABLE DEL METABOLISMO CELULAR (hub de reacciones catabólicas) 2- Cadena de transporte de electrones o Oxidación completa de azúcares o Beta – oxidación de los ácidos grasos 3- Fosforilación oxidativa o Ciclo de Krebs o Fosforilación oxidativa o Síntesis de ATP PRODUCCIÓN DE ATP o Ciclo de la Urea © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 11  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función- Metabolismo, generalidades o METABOLISMO à Todo el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el organismo. o Estas reacciones químicas se agrupan en rutas metabólicas. o Dichas rutas pueden ser de construcción (anabolismo) y de destrucción de moléculas (catabolismo). o COMBUSTIBLES METABÓLICOS à Aquellas biomoléculas que utilizamos en el metabolismo como fuente de energía o de precursores para la síntesis de otras moléculas. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 12  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función - Metabolismo, generalidades o Cada combustible metabólico sigue diferentes vías de metabolización, pero convergen en la producción del Acetil- CoA y posterior metabolización en el ciclo de Krebs. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 13  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función - Carbohidratos o Los hidratos de carbono suponen una de las fuentes principales de energía para el organismo à GLUCOSA. o La GLUCOSA obtenida en la dieta puede seguir diferentes vías: mitocondria o Sufrir GLUCOLISIS para dar PIRUVATO. citosol o En presencia O2, metabolizarse hasta Acetil – CoA y entrar en el ciclo de Krebs. o Síntesis grasas, a partir del Acetil – CoA o Síntesis de RIBOSA – VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO La GLUCONEOGÉNESIS o Síntesis de GLUCÓGENO para su almacenaje - (síntesis de glucosa) ocurre, en GLUCOGENOGÉNESIS buena parte, en la mitocondria La oxidación © Copyright deEuropea. Universidad 1 molécula de GLUCOSA Todos los derechos reservados à 36 ATP 14  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función o Los ácidos grasos de los lípidos ingeridos en la dieta pueden seguir diferentes vías de uso: o Usados para sintetizar nuevos ácidos grasos. o Almacenados en forma de grasa. mitocondria o Metabolizarse hasta Acetil – CoA (ℬ-OXIDACIÓN) y REL entrar en el Ciclo de Krebs. mitocondria © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 15  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función o La B – oxidación se produce en la matriz mitocondrial à los ácidos grasos han de atravesar 2 membranas lipídicas. Membrana interna es impermeable a los ácidos grasos de cadena larga à “Lanzadera de Carnitina” Transportador de ácidos grasos Lanzadera de Carnitina © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 16  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función o El proceso de obtención de Acetil – CoA a partir de los ácidos grasos à Beta – oxidación. o Consiste en 4 reacciones sucesivas cíclicas: Oxidación/Hidrólisis/Oxidación/Tiólisis o En cada ciclo se acorta el ácido graso en 2C y se produce un Acetil – CoA à CICLO DE KREBS o La oxidación de un ácido graso es muy energética – debido al poder reductor que genera- aunque dependerá de la longitud de la cadena. o EJEMPLO à Ácido palmítico de 16C à 106 ATP. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 17  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función - Metabolismo, generalidades o Los aminoácidos de las proteínas adquiridos en la dieta pueden seguir diferentes vías: o Formación de nuevas proteínas. o Precursores de otras moléculas no proteicas. o Derivarse a producción de glucosa o cuerpos cetónicos. o Metabolizarse hasta Acetil – CoA y entrar en el Ciclo de Krebs o incorporarse al mitocondria/ Ciclo de la Urea citosol CICLO DE LA UREA © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 18  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función - Metabolismo, generalidades El esqueleto carbonado à CICLO DE KREBS o bien formando glucosa que será oxidada vía GLUCÓLISIS. El grupo amino à CICLO DE LA UREA El ciclo de la urea y de Krebs se encuentran interconectados a través de lo que se denomina la desviación aspartato-argninosuccinato (ambas rutas generan intermediarios de la otra). Algunas reacciones del ciclo de la urea y la desviación aspartato-arginosuccinato ocurren en las mitocondrias © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función - o MATRIZ MITOCONDRIAL à En el ciclo de Krebs y la b-oxidación se generará poder reductor (+ATP en el TCA) o CRESTAS MITOCONDRIALES à El poder reductor entra en la Cadena Transportadora de electrones que genera un gradiente electroquímico de H+ en el ESPACIO INTERMEMBRANA o Los H+ vuelven a la MATRIZ a través de la ATP Sintetasa (membrana interna impermeable a TEORÍA QUIMIOSMÓTICA H+ )à Sínteis de ATP © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 20 unciones Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias glucosa Moléculas de los glucolisis 3. Función alimentos desde el citosol ácidos grasos piruvato Glucólisis à Citosol 𝛃 -oxidación de ác. Piruvato resultante entra a grasos à Matriz la matriz mitocondrial mitocondrial ácidos grasos piruvato MATRIZ ESPACIO DE LA CRESTA salida Ciclo de Krebs Acetil-CoA entrada Ciclo de Krebs à Matriz mitocondrial entrada salida CADENA TRASNPORTADORA DE ELECTRONES à Crestas ESPACIO INTERMEMBRANA mitocondriales © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 21 membrana mitocondrial interna membrana mitocondrial externa  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función Algunas mitocondrias poseen funciones o compuestos específicos dependientes del tipo celular y/o tejido. Mitocondrias de la grasa parda à Termogenina Desacopla el paso de H+ de la producción de ATP: Disipación de la energía en forma de calor Metabolización de grasa da a lugar a calor à Termogénesis no asociada a temblor. Esencial en los mamíferos que hibernan y en recién nacidos. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 22  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función - Otras o Regulación de las concentraciones del CALCIO intracelular o Reacciones metabólicas de eliminación de ROS o Síntesis de algunos derivados lipídicos o Regulación de la apoptosis © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 23  Módulo I – TEMA 5: Las mitocondrias 3. Función- Curiosidades o ADN polimerasa GAMMA (mayor tasa de error) + Ambiente dañino para el ADN (no protegido) à Mayor cantidad de mutaciones. o Muchas enfermedades metabólicas tienen una base mitocondrial. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 24 Tema 5: Las mitocondrias Módulo I – Biología Celular Biología Celular y Tisular Grado de Fisioterapia Curso académico 2024/2025 Ve másYunta Cristina allá Yanes