mitocondria y respiración aeróbica

Mitocondria y respiración aeróbicaFMVZ-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

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

El ATP

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

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

Los mecanismos para la formación de ATP

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

1. Las subunidades c de la base F0 se ensamblan en un anillo que se encuentra dentro de la bicapa lipídica

2. El anillo c esta unido con la subunidad gamma del tallo

3. El movimiento “colina abajo” de los protones por la membrana impulsa la rotación del anillo de subunidades c

4. 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