Mitocondria y respiración aeróbica FMVZ-BUAP M. en C. Carlos Gerardo Castillo Sosa Primavera 2013

Estructura y función Pueden observarse por microscopia óptica 1 a 4 µm de diámetro Membranas mitocondriales externa e interna Crestas relacionadas con MI Matriz Espacio intermembranoso

Membranas mitocondriales Membrana externa Lípidos y enzimas Contiene porinas Permeable a ATP, NAD y coenzima A Membrana interna Con mas de 100 polipéptidos diferentes Cardiolipina Crestas

Matriz mitocondria Enzimas DNA: 13 polipeptidos Ribosomas tRNA: 22 tRNA 2 rRNA

La mitocondria es el centro del metabolismo oxidativo en la célula y convierte los productos del catabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas en energía química almacenada en ATP

El ATP La molécula energética mas importante en los sistemas biológicos Utilizada en: Síntesis de proteínas Síntesis de ácidos nucleicos Transporte de moléculas en contra del gradiente de concentración

Pi2 H+ ADP ATP H2O

Metabolismo oxidativo en la mitocondria ATP, la molécula mas importante para capturar y transferir energía libre Se utiliza en muchos procesos celulares Trasporte de moléculas Movimiento de cilios Contracción muscular Síntesis de proteínas a partir de A.A Síntesis de a.a a partir de nucleótidos

Oxidación aeróbica El metabolismo de ac. Grasos y hexosas a CO2 y agua Los pasos iníciales de la Glucolisis transcurren en el citosol y no necesitan O2 36 moléculas de ATP La etapa final transcurre en la mitocondria En procariotas en membrana plasmática

Fosforilación oxidativa La mitocondria emplea un gradiente iónico a través de su membrana interna para síntesis de ATP La utilización de los electrones retirados de la oxidación de un sustrato se llama Fosforilación oxidativa La energía liberada de la oxidación de una molécula de NADH o FADH es suficiente para impulsar la síntesis de varias moléculas de ATP 2x1026 moléculas de ATP por día

Transporte de electrones Los electrones de alta energía como NADH o FADH se transfieren por una serie de portadores específicos de electrones Constituyen la cadena de transporte de electrones (o cadena respiratoria) de la membrana mitocondrial interna Esta energía se libera en cantidades pequeñas

Tipos de portadores de electrones La cadena trasportadora de electrones se compone de 5 portadores de electrones unidos con la membrana Flavoproteínas Citocromos Tres átomos de Cu Ubicuinona Proteínas con Fe y S Los portadores están dispuestos en orden de potencial redox positivo creciente Primero se reducen y luego se oxidan

El aceptor final de esta cadena es el O2 el cual se reduce para formar agua Se forma un gradiente de concentración protónica Además se produce un potencial eléctrico a través de la membrana interna como resultado del bombardeo de protones con carga positiva a través de la matriz Fuerza proton-motriz

Los mecanismos para la formación de ATP En 1960, Humberto Fernández Moran , descubrió una capa de esferas unidas a ala cara interna de la membrana interna Efraim Racker aisló estas esferas, las cuales llamo Factor de unión 1 o F1 La F1 hidroliza ATP o función de ATPasa Las enzimas no afectan la constante de equilibrio de las reacciones que catalizan Las enzimas son capaces de catalizar las reacciones en un sentido y en el contrario

Sintetasa de ATP Formada por dos componentes: una cabeza F1 y una sección basal F0 Una mitocondria típica eucariota tiene 15000 copias de la sintetasa de ATP Existen versiones homologas de la sintetasa en la membrana interna de la mitocondria y en la membrana plasmática de bacterias

La base de la formación de ATP de acuerdo con el mecanismo de cambio de unión ¿Cómo es que un gradiente electroquímico de un protón proporciona la energía necesaria para impulsar la síntesis de ATP? Paul Boyer, UCLA, 1979 Mecanismo de cambio de unión

1) La energía liberada con el movimiento del protón no se usa para impulsar la Fosforilacion del ADP en forma directa, sino que se emplea en cambiar la afinidad de unión del sitio activo por el producto ATP

2)Cada sitio activo progresa de manera sucesiva por tres diferentes conformaciones con afinidades distintas por los sustratos y los productos

3) El ATP se sintetiza por catálisis rotatoria, en la que una parte de la sintetasa de ATP rota en relación con la otra parte

El papel de la porción F0 de la sintetasa de ATP Las subunidades c de la base F0 se ensamblan en un anillo que se encuentra dentro de la bicapa lipídica El anillo c esta unido con la subunidad gamma del tallo El movimiento “colina abajo” de los protones por la membrana impulsa la rotación del anillo de subunidades c La rotación del anillo c de F0 proporciona la fuerza de torsión que impulsa la rotación de la subunidad gamma unida, lo que conduce a la síntesis y liberación de ATP