Mitocondria y respiración aeróbica

1. Mitocondria y respiración aeróbica FMVZ-BUAP M. en C. Carlos Gerardo Castillo Sosa Primavera 2012

2. 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

9. 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

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

11. 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

12. 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

13. 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

15. 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

17. 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

18. 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

19. 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

21. 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 • EfraimRacker 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

23. 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

25. 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

26. 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

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

28. 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

35. 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