Mitochondria and Peroxisomes (BMC-2024) PDF

Mitocondrias y peroxisomas BMC- 2024 Dra Laura Mejía CONTENIDO I. Peroxisomas Distribución Forma ◊ Tamaño ◊ Estructura ◊ Composición ◊Biogénesis ◊Principales procesos que llevan a cabo ◊Implicaciones clínicas de las deficiencias peroxisómicas II- Mitocondrias Distribución...

Mitocondrias y peroxisomas BMC- 2024 Dra Laura Mejía CONTENIDO I. Peroxisomas Distribución Forma ◊ Tamaño ◊ Estructura ◊ Composición ◊Biogénesis ◊Principales procesos que llevan a cabo ◊Implicaciones clínicas de las deficiencias peroxisómicas II- Mitocondrias Distribución Forma ◊ Tamaño ◊ Estructura ◊ Composición ◊Cantidad ◊ Disposición ◊Origen evolutivo ◊ Biogénesis ◊Procesos que llevan a cabo ◊ Métodos de estudio ◊Patologías relacionadas con disfunción mitocondrial  PEROXISOMAS Distribución Presentes en todas las células Eucariotas. Excepto en eritrocitos. Forma Comúnmente son de forma esférica. Tamaño Miden de 0.1 a 1 µm (puede variar SE LES LLAMA TAMBIÉN dependiendo de las necesidades de MICROCUERPOS la célula). GENERALIDADES DE LOS PEROXISOMAS Son organelos multifuncionales, tienen diversas funciones. En su interior poseen mas de 50 enzimas que participan en funciones diversas. Se considera que existen 30 genes que codifican para sistemas de transporte transmembranales presentes en la bicapa lipídica del peroxisoma y alrededor de 85 genes del genoma humano codifican para proteínas peroxisomales Distintas células de un mismo organismo pueden contener en sus peroxisomas conjuntosde enzimas muy distintos. No contienen ADN propio.  PEROXISOMAS COMPOSICIÓN Son vesículas simples rodeados NUCLEOIDE CRISTALINO por una sola membrana. Contienen enzimas oxidativas en tan altas concentraciones que forman nucleoides cristalinos. Esto permite reconocer a los peroxisomas en las micrografías electrónicas.  PEROXISOMAS BIOGÉNESIS Se consideran dos vías posibles: 1) de novo, a partir del RE 2) por crecimiento y fisión. La membrana del peroxisoma tiene abundantes proteínas que funcionan como complejos importadores de otras proteínas Las proteínas peroxisómicas pueden ser importadas desde el citosol o se pueden sintetizar en el Retículo Endoplásmico.  PEROXISOMAS FUNCIÓN PRINCIPALENLACÉLULA 1 Se realiza la BIOSÍNTESIS de una gran variedad de compuestos. 2 Otros procesos son de OXIDACIÓN (degradación) produciendo PERÓXIDO DE HIDRÓGENO (H2O2), que ellos mismos son capaces de destruir. 3 Realiza también la DETOXIFICACIÓN de compuestos tóxicos para la célula PROCESOS BIOSINTÉTICOS QUE SE REALIZAN EN EL PEROXISOMA 1) Biosíntesis de plasmalógenos PLASMALOGENOS: Clase inusual de FOSFOLÍPIDOS, en los que uno de los ácidos grasos está unido con el glicerol mediante un enlace éter en lugar de un éster Están presentes de forma muy abundante en la vaina de mielina que aíslan los axones de las neuronas Su presencia en el tejido nervioso es indispensable  2) Biosíntesis de colesterol Es un elemento estructural de la membrana PROCESOS plasmática y además es precursor importante en nuestro organismo para sintetizar hormonas BIOSINTÉTICOS esteroideas, ácidos biliares y vitamina D QUE SE 3) Síntesis de dolicol REALIZAN EN EL Que es un lípido que participa en procesos de glicosilación de proteínas en REL PEROXISOMA 4) Sintetiza ácidos biliares Son importantes en la digestión de los lípidos, emulsificando las grasas que ingerimos PROCESOS OXIDATIVOS QUE REALIZAN En su interior ocurren reacciones de oxidación de gran cantidad de moléculas RH2 + O2 R + H2O2 1-LA OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS DE CADENA MUY LARGA (VLCFA) Realiza la beta oxidación de ácidos grasos que poseen de 24 a 26 carbonos.  BETA OXIDACIÓN PEROXISOMICA Se encarga del acortamiento de los ÁCIDOS GRASOS de cadena muy larga. Para ingresar al peroxisoma, los VLCFA necesitan de un transportador de la familia ABC y luego son degradados en ácidos grasos de cadena media que deben ser transportados hacia la mitocondria para su oxidación completa.  PEROXISOMAS PROCESOS OXIDATIVOS QUE REALIZAN Oxidación de aminoácidos Metabolismo del ácido úrico Catabolismo de purinas: ruptura del exceso de purinas (AMP, GMP) en ácido úrico REALIZAN LA DETOXIFICACIÓN DE MUCHAS SUSTANCIAS Acido fitánico: ácido graso ramificado que proviene del catabolismo de la clorofila, se encuentra en alimentos como pescado, la leche y carne de rumiantes que consumimos. Estos ácidos se degradan por una vía llamada alfa-oxidación Etanol y otros xenobióticos  ENZIMAS QUE CONTIENEN Contiene enzimas oxidativas como: Urato oxidasa Glucolato oxidasa Oxidasa de aminoácidos Al utilizar el oxígeno molecular para oxidar sus sustratos respectivos, generan Peróxido de Hidrógeno que es un agente oxidante muy reactivo que puede generar especies reactivas EJEMPLOS DE ESPECIES REACTIVAS de oxígeno que son tóxicas. DE OXÍGENO ENZIMAS QUE CONTIENEN Contienen grandes cantidades de una enzima llamada CATALASA que se encarga de degradar el Peróxido de Hidrógeno (H2O2) FUNCIONES DEL PEROXISOMA Es en definitiva un organelo multifuncional y muy versátil   Se conocen más de 25 enfermedades relacionadas con la disfunción de las actividades enzimáticas de DEFICIENCIAS los peroxisomas, conocidas como Deficiencias en la Biogénesis de Peroxisomas (PBD) PEROXISOMICAS A. SÍNDROME DE ZELLWEGER, trastorno hereditario que presenta alteraciones neurológicas, visuales y hepáticas que causan la muerte en la lactancia temprana. Esta patología ocurre por problemas en la biogénesis peroxisómica hay un fallo en la importación de proteínas peroxisómicas creando peroxisomas fantasmas SE DEBE A LA MUTACIÓN DE UN GEN PEX QUE CODIFICA PARA PEROXINAS (PROTEINAS TRANSMEMBRANALES DEL PEROXISOMA)  DEFICIENCIAS PEROXISOMICAS B. ADRENOLEUCODISTROFIA (ALD) Es una enfermedad ligada al cromosoma X. Se debe a un defecto en una proteína de membrana que transporta ácidos grasos de cadena muy larga (VLCFA) hacia los peroxisomas donde deben ser oxidados mediante la B-oxidación dando como resultado la acumulación de los VLCFA en el cerebro, destruyendo la vaina de mielina provocando disfunción neurológica, hay daño en la sustancia blanca del cerebro también cursa con insuficiencia suprarrenal.  FORMA La forma varía de acuerdo al tipo celular, tienen una MITOCONDRIAS estructura general muy diferente; pueden ser organelos individuales con forma alargada y arriñonada, en otros casos son casi esféricas y también puede ser una red tubular interconectada muy ramificada. MITOCONDRIA Estudio en células vivas han demostrado que son organelos dinámicos capaces de sufrir enormes cambios en su forma. Puede reflejar estados patológicos como daño por hipoxia y también participan en el proceso de APOPTOSIS o muerte celular programada  MITOCONDRIAS GENERALIDADES DISTRIBUCIÓN 🢧 Existen en todas las células eucariotas (vegetales y animales) Mitocondrias en Mitocondrias en una célula vegetal una célula animal MITOCONDRIA Cantidad Es variable y puede depender de la demanda energética de cada tipo de célula y de la etapa de desarrollo.  Se encuentran en los sitios celulares donde se está requiriendo energía. Pueden ser fijas o móviles.  MITOCONDRIAS TEJIDO HEPÁTICO TEJIDO MUSCULAR ESTRIADO Las mitocondrias suelen ocupar en promedio aprox. 15 al 20% del volumen de una célula de mamífero. Contiene en su interior mas de mil proteínas diferentes. MITOCONDRIA FUSIÓN Y FISIÓN Las mitocondrias tiene la capacidad de fusionarse entre si o dividirse en dos (fisionarse), es decir que pueden sufrir FUSIÓN Y FISIÓN MITOCONDRIAS Cuando predomina la FUSIÓN tienden a volverse mas alargadas e interconectadas Cuando la FISIÓN es mas frecuente se presentan mas pequeñas numerosas y distintivas 0.1 – 0.5 μm ESTE ORGANELO CONTIENE VARIAS SIMILITUDES CON BACTERIAS: En promedio tiene un tamaño de 1 a 4 µm. Tienen ADN propio y ribosomas. Contiene en su membrana interna un fosfolípido llamado cardiolipina que es característico de las membranas plasmáticas bacterianas MITOCONDRIAS ORIGEN EVOLUTIVO Teoría Endosimbiótica: Se cree que provienen de bacterias aeróbicas que fueron fagocitadas por una célula primitiva ancestral y establecieron su residencia en el citoplasma de células primitivas que evolucionaron a las células eucariotas.  MITOCONDRIA ESTRUCTURA Es un organelo de doble membrana MEMBRANA MITOCONDRIAL EXTERNA (MME) Rodea por completo a la mitocondria y sirve como límite externo, en su estructura contiene una proteína llamada porina que le confiere mayor permeabilidad ESTRUCTURA MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA Presenta permeabilidad muy selectiva. La presencia de cardiolipina contribuye a este hecho Tiene dos dominios de membrana interconectados: a) La membrana limitante interna Se encuentra justo por dentro de la membrana mitocondrial externa, es muy rica en las proteínas llamadas complejos importadores encargadas de importar a otras proteínas.  ESTRUCTURA b) Crestas La membrana interna forma invaginaciones en el interior del organelo formando una serie de hojas membranosas, estas estructuras contienen una gran cantidad de membrana superficial que aloja la maquinaria necesaria para la respiración aeróbica y la formación de ATP.  ESTRUCTURA Unión de cresta M. Limitante ext La membrana mitocondrial interna se une con las crestas mediante conexiones estrechas llamadas uniones de crestas Las membranas de la mitocondria dividen al organelo en dos compartimientos acuosos: A) ESPACIO INTERMEMBRANAL Es rico en proteínas y enzimas que tienen diferentes funciones, contiene un gradiente de protones  MATRIZ MITOCONDRIAL: b) Matriz Tiene consistencia gelatinosa por la elevada concentración de proteínas hidrosolubles (hasta 500 mg/ml). Contiene enzimas para la oxidación de diversos compuestos Contiene ribosomas, moléculas de DNA circular no cromosómico (DNA MITOCONDRIAL), RNA ribosomal y de transferencia MITOCONDRIAS FUNCIÓN PRINCIPAL EN LA CÉLULA  Son las centrales energéticas de las células:  Llevan a cabo oxidaciones que generan la mayor parte del ATP que la célula necesita para realizar los diferentes tipos de trabajo celular. (respiración celular)  Participan en la regulación del Calcio  Intervienen el proceso de la apoptosis MITOCONDRIA FUNCIONES Estos organelos tienen como función principal la generación del ATP (energía) que la célula necesita para todas sus actividades, es decir son las encargadas del metabolismo energético celular. Para tal fin realiza los siguientes procesos: Oxidación del piruvato (ruta de acople) Oxidación de los ácidos grasos ( -oxidación) Oxidación de los aminoácidos Oxidación completa de acetil-CoA (ciclo de Krebs) Cadena respiratoria o transportadora de electrones Fosforilación oxidativa  Ejercen también otras funciones importantes: Síntesis de muchas sustancias entre ellas: FUNCIONES algunos aminoácidos, grupos hem, etc. Fabrica sus propias proteínas y también las importa desde el citosol. Participan en la apoptosis (muerte celular programada) Alargamiento de los ácidos grasos  Tiene una participación vital en la regulación (captación y liberación) de iones calcio que sirven como iniciadores FUNCIÓN esenciales de actividades celulares como: contracción muscular, división celular, secreción (exocitosis), transmisión sináptica, etc. REGULA LA CONCENTRACIÓN DE CALCIO EN EL CITOSOL DISFUNCIÓN MITOCONDRIAL  Bibliografía KARP, GERALD BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR Capítulo 5 apartados 5.1 y 5.10 BIBLIOGRAFÍA ARTÍCULOS RELACIONADOS https://www.unisanitas.edu.co/Revista/1/gregory %20garcia.pdf