Estructura y Función de los Compartimentos II-Mitocondria, Presentación

Mitocondria: Estructura y Función

Catabolismo de los hidratos de carbono

UNIDAD IV: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS COMPARTIMENTOS II-MITOCONDRIA Tema 10: MITOCONDRIA I Catabolismo de los hidratos de carbono. Descarboxilación oxidativa del piruvato. Ciclo de Krebs

Estructura básica de la Mitocondria

10.1. Estructura básica: Membranas y ADN mitocondrial. 10.2. Descarboxilación oxidativa del piruvato. 10.3. Ciclo de Krebs10.1. Mitocondria: Estructura básica: Membranas y ADN mitocondrial ue

• Orgánulos presentes en todas las células eucariotas aerobias

  · Papel clave en el metabolismo celular ya que su función principal es generar energía a partir de la degradación de carbohidratos y lípidos. · Forma cilíndrica · Tamaño entre 0,5 y 1 um de diámetro y hasta 7-8 um de longitud. · El conjunto de mitocondrias de una célula se llama o "condrioma" · El número de mitocondrias dentro de una célula es muy variable (entre 1.000-2.000 mitocondrias/célula). · Las células muy activas enérgicamente como las células cardiacas y musculares poseen una cantidad elevada de mitocondrias.

Componentes de la Mitocondria

Partículas de ATP-sintasa Espacio intermembrana Matriz Crestas Ribosoma Gránulos Membrana interna Membrana externa ADN10.1. Mitocondria: Estructura básica: membranas y ADN mitocondrial ue

Condrioma y Compartimentos Mitocondriales

Condrioma: Conjunto de mitocondrias en una célula (1000-2000 mitocondrias/célula) . Es variable, dependiente del tipo celular y mayor en células muy activas energéticamente (corazón o músculos). Además, el ejercicio físico aumenta la biogénesis mitocondrial. Compartimentos

1. Membrana externa
2. Membrana interna
3. Crestas mitocondriales
4. Espacio intermembrana
5. Matriz mitocondrial

Las mitocondrias son el principal ORGANULO ENERGETICO que se encuentran en todos las CÉLULAS EUCARIOTAS AEROBIAS, realizan la RESPIRACIÓN AERÓBICA.MEMBRANA EXTERNA ATP SINTASA

Características de las Membranas Mitocondriales

Permeable a pequeñas moléculas y iones, debido a las PORINAS CRESTAS MITOCONDRIALES MEMBRANA INTERNA Impermeable a pequeñas moléculas y iones Contiene: · Proteínas de la cadena respiratoria · ATP sintasa

• Otros transportadores de membrana

  MATRIZ Contiene: C · Complejo PDH · Enzimas del ciclo de Krebs · Enzimas de la ß-oxidación de ácidos grasos C · Enzimas de la oxidación de aminoácidos · ADN, ribosomas RIBOSOMAS · Muchas otras enzimas · ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+ · Metabolitos intermedios CANALES DE PORINAS Figure 19-2 Lehninger Principles of Biochemistry, Sixth Edition @ 2013 W. H. Freeman and Company ue

ADN Mitocondrial

ADN MITOCONDRIAL v Bicatenario V Circular V Sin intrones Las mitocondrias tienen su propio material genético y todas las maquinarias enzimáticas para sintetizar sus propios ARNs y proteínas. V Sin histonas v Localizado en nucleoides v Heredado por vía materna: el zigoto contiene el citoplasma de la madre (con las mitocondrias) + los genomas nucleares del padre y la madre v 37 genes mitocondriales que codifican para algunas de las subunidades de las proteínas de la cadena transportadora de electrones y de la fosforilación oxidativa. v El resto de las subunidades están codificadas por el ADN nuclear y son transportadas a la mitocondria, donde se ensamblan para formar los complejos proteicos presentes en la membrana interna de la mitocondria. Cell Mitochondria Control region or "d-loop" 12S rRNA Cytoc Mitochondrial DNA 16S rRNA NADH Dehydrogenase subunits . 22 tRNA-encoding genes NADH Dehydrogenase subunits 13 protein-encoding regions NADH Dehydrogenase subunits Cytochrome Oxidase subunits Cytochrome Oxidase subunits ATP Synthase subunits

Enfermedades Mitocondriales

ENFERMEDADES MITOCONDRIALES ue

• El ADN mitocondrial puede sufrir mutaciones que llevan al funcionamiento alterado del metabolismo mitocondrial.

  Estas mutaciones pueden afectar a distintos órganos produciendo enfermedades. Las mutaciones en el ADN mitocondrial también pueden producir una acumulación de radicales superóxido (ROS) que pueden contribuir al proceso de envejecimiento.

Impacto de Mutaciones en el ADN Mitocondrial

Heart Conduction disorder Wolff-Parkinson-White syndrome Cardiomyopathy Eye Optic neuropathy Ophthalmoplegia Retinopathy Skeletal muscle Weakness Fatigue Myopathy Neuropathy Liver Hepatopathy ATP Nuclear DNA Subunits

• Kidney Fanconi's syndrome Glomerulopathy Brain Seizures Myoclonus Ataxia Stroke Dementia Migraine Mitochondrial DNA Pancreas Diabetes mellitus Nuclear DNA Colon Pseudo-obstruction Inner ear Sensorineural hearing loss Blood Pearson's syndrome https://www.youtube.com/watch?v=66Tjk8wtJYY Oxidative phospho- rylation

Funciones de la Mitocondria en el Metabolismo

10.1. Mitocondria: Función en el metabolismo ue

1. METABOLISMO ENERGÉTICO

   1) Importación y descarboxilación del piruvato. 2) Activación de los ácidos grasos. 3) ß-oxidación de ácidos grasos. 4) Ciclo de Krebs. 5) Cadena de transporte de electrones. 6) Fosforilación oxidativa.

   ¡El metabolismo de los aminoácidos, hidratos de carbono y ácidos grasos convergen en la mitocondria!

2. BIOGÉNESIS Y MANTENIMIENTO

   1)Duplicación del ADN mitocondrial. 2)Transcripción del ADN mitocondrial. 3)Síntesis de proteínas.

3. DETOXIFICACIÓN

   1) Eliminación de radicales superóxido tóxicos. 2) Eliminación de amonio en el ciclo de la urea.Proteínas Ácidos nucleicos Poli- sacáridos Lípidos Lípidos ue

Vías Metabólicas y Flujo de Electrones

A A Amino- ácidos Nucleó- tidos Monosa- cáridos Glicerol Ácidos grasos Glucosa Gliceraldehido-3-fosfato Piruvato Acetil CoA 4 Mitocondria Citoplasma 1 Ciclo de Krebs F CO, e" NADH FADH, Luz NH, Transporte de electrones y fosforilación oxidativa ADP Cloroplasto A ATP H,O Anabolismo Catabolismo NAD Bioquin FAo Conceptos esenciales Feduchi. @2011 Flujo de e- Editorial Médica Panamericana.METABOLISMO ENERGÉTICO ue

Convergencia Metabólica en la Mitocondria

El metabolismo de los aminoácidos, hidratos de carbono y ácidos grasos CONVERGE en la mitocondria

1. Glucolisis

   e

2. Descarboxilación oxidativa del piruvato
3. Ciclo de Krebs
4. Cadena de transporte de electrones
5. Fosforilación oxidativa
6. Desaminación de aminoácidos
7. Oxidación del glicerol
8. ß-oxidación de los ácidos grasos

Amino acids Carbohydrates Polysaccharides Glucose Fructose Galactose Glucose Pyruvate -Acetyl COA Citric Acid cycle e CO2 & H2O Glycerol Lipids Fatty acids Step 1: Digestion and hydrolysis Step 2: Degradation and some oxidation Step 3: Oxidation to CO2, H2O and energy Proteins Urea NH4+ RESPIRACIÓN CELULAR

Etapas de la Respiración Celular

1. Las moléculas de combustible orgánico (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos) se oxidan para producir fragmentos de 2 carbonos como el grupo acetilo de la acetil-coenzima A (acetil-CoA).
2. Los grupos acetilo se introducen en el ciclo de Krebs, que los oxida enzimáticamente a CO2.
3. La energía liberada se conserva en los transportadores de electrones reducidos: NADH y FADH2 (poder reductor) . Estas coenzimas reducidas se oxidan, cediendo protones (H+) y electrones.

   · Los electrones son transferidos al O2, el aceptor final de electrones, a través de una cadena de moléculas transportadoras de electrones conocida como CADENA RESPIRATORIA. · En el curso de la transferencia de electrones, la energía liberada es conservada en forma de ATP, por un proceso llamado FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.

Diagrama de la Respiración Celular

Stage 1 Amino Fatty acids acids Glucose Acetyl-CoA production Glycolysis Pyruvate e pyruvate dehydrogenase complex e® e- CO2 e- Acetyl-CoA Stage 2 Acetyl-CoA oxidation Citrate Oxaloacetate e- Citric acid cycle e e- CO2 e- CO2 NADH, FADH2 (reduced e- carriers) Stage 3 Electron transfer and oxidative phosphorylation e- 2H+202 Respiratory (electron-transfer) chain H2O ADP + P ATP Figure 16-1 Lehninger Principles of Biochemistry, Sixth Edition @ 2013 W. H. Freeman and Company

Descarboxilación Oxidativa del Piruvato

Proceso de Descarboxilación Oxidativa

10.2. Descarboxilación oxidativa del piruvato ue

• En condiciones aeróbicas, el piruvato formado en el citosol como producto final de la glucolisis se transporta a la matriz mitocondrial, donde se convierte en acetil-CoA gracias a una reacción llamada descarboxilación oxidativa, llevada a cabo por la enzima piruvato deshidrogenasa (PDH).
• El acetil-CoA se degradará en el ciclo de Krebs y el NADH entrará en la cadena de transporte de electrones produciendo ambas moléculas energía en forma de ATP.

  CO2 CoA-SH 0 0 C NAD+ TPP, lipoate, FAD

Reacción de Descarboxilación del Piruvato

+ NADH 0 S-CoA C C=0 Ī CH3 pyruvate dehydrogenase complex (E1 + E2 + E3) CH3 Pyruvate IRREVERSIBLE AGº' =- 33.5 KJ/mol Acetyl-CoA PYRUVATO + coenzima-A + NAD+ ACETIL-CoA + NADH + CO2CHE-C+COO- =C Pyruvate 1 CO2 TPP CH3 CH- I OH Activated acetaldehyde 2 20 CHE-C- Lip 0 Activated acetyl FADH, 4 2e- 3 NADH CH-C- COA 0 Activated acetyl Acetyl-CoA

Complejo Piruvato Deshidrogenasa

10.2. Descarboxilación oxidativa del piruvato ul COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA E1 E1- Piruvato deshidrogenasa + TPP (PIROFOSFATO DE TIAMINA) E2- Dihidrolipoil transacetilasa + ÁCIDO LIPOICO E3- Dihidrolipoil deshidrogenasa + FAD+ Descarboxilación del piruvato

1. Oxidación del grupo hidroxietil acetato
2. Transesterificación desde acil lipoillisina a CoA
3. Reoxidación del grupo lipoilo por el FAD+
4. Transferencia de electrones al NAD+

Mecanismos de Canalización del Sustrato

10 nm Coenzima A NAD+ MECANISMOS DE CANALIZACIÓN DEL SUSTRATO Los intermediarios pasan de un sitio activo a otro sin difundir fuera del complejo enzimático E2

Regulación de la Piruvato Deshidrogenasa

10.2. Descarboxilación oxidativa del piruvato ue PIRUVATO + coenzima-A + NAD+ ACETIL-CoA + NADH + CO2 Piruvato deshidrogenasa El ADP y el NADH, además de regular alostéricamente a la PDH, modulan la acción de la PDH QUINASA que la fosforila y la INACTIVA Piruvato REGULACIÓN ALOSTÉRICA complejo piruvato DH REGULACIÓN POR FOSFORILACIÓN/DESFOSFORILACIÓN (-) acetil-CoA (-) NADH 2 Estado energético ATP ADP ADP, Pyruvate - NADH, Acetyl COA --- > --- > ATP ADP Disponibilidad de sustrato Fosforilación/ desfosforilación Ciclo de Krebs Pyruvate dehydrogenase Pyruvate dehydrogenase kinase Pyruvate dehydrogenase EI P 3 Pyruvate dehydrogenase phosphatase Coenzima A Acetil-CoA + + - E2 P: H2O E2 CO2 + E3 E 4 NAD+ NADH - inactive Estado de oxidación active E1: E2: E3 30: 60 : 6 Acetil-CoA 1 -> Ca 2+

Ciclo de Krebs

Vías Metabólicas que Convergen en el Ciclo de Krebs

VÍAS METABÓLICAS QUE CONVERGEN EN EL CICLO DE KREBS Amino Fatty acids acids Glucose Stage 1 Acetyl-CoA production Glycolysis Pyruvate e' pyruvate dehydrogenase complex e e" CO2 e- Acetyl-CoAue

• EI CICLO DE KREBS es el núcleo central del metabolismo.
• La función del ciclo de Krebs es OXIDAR los metabolitos orgánicos.
• La energía de oxidación se conserva como NADH y FADH2.
• El ciclo de Krebs representa alrededor de dos tercios de la oxidación total de compuestos de carbono en la mayoría de las células.