Mitocondria

Mitocondria Las mitocondrias son los orgánulos que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas (también hay en células gaméticas), encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular; actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP por medio de la fosforilación oxidativa.

Estructura y composición La morfología de la mitocondria es difícil de describir puesto que son estructuras muy plásticas que se deforman, se dividen y fusionan constantemente. Son cilindros de forma alargada. Su número depende de las necesidades energéticas de la célula (1-1000 aunque el Hepatocito es una excepción). Al conjunto de las mitocondrias de la célula se le denomina condrioma celular. Posee un sistema genético propio. Pueden formar filamentos o cadenas móviles. Su tamaño va de 0,5-10 µm y su diámetro de 0,5- 1 µm. Compuesta molecularmente por proteínas y fosfolípidos. Las mitocondrias están rodeadas de dos membranas que separan tres espacios: la membrana externa, membrana interna (crestas), el espacio intermembrana y la matriz de la mitocondria.

Membrana externa Es una bicapa lipídica exterior permeable a iones, metabolitos y muchos polipéptidos. Eso es debido a que contiene proteínas que forman poros, llamadas porinas o VDAC (de canal aniónico dependiente de voltaje), que permiten el paso de moléculas de hasta 10.000 dalton y un diámetro aproximado de 20 Å. 50% de proteínas, 50% de lípidos. Permeable a moléculas de 5 Kd e iones. Contiene enzimas implicados en síntesis de lípidos.

Membrana interna Tiene una composición similar pero con menor número de proteínas transportadoras, lo que la hace poco permeable, excepto a ATP, ADP, ácido pirúvico, O2 y agua (Impermeable a moléculas de 5 Kd e iones, incluido H+).Esta membrana forma ondulaciones o pliegues llamadas crestas mitocondriales. En la mayoría de los eucariontes, las crestas forman tabiques aplanados perpendiculares al eje de la mitocondria, pero en algunos protistas tienen forma tubular o discoidal. En la composición de la membrana interna hay una gran abundancia de proteínas, que son además exclusivas de este orgánulo: 1. La cadena de transporte de electrones, compuesta por cuatro complejos enzimáticos fijos y dos transportadores de electrones móviles: el complejo I o NADH deshidrogenasa (que contiene flavina mononucleótido (FMN), el

complejo II o succinato deshidrogenasa; ambos ceden electrones al coenzima Q o ubiquinona; el complejo III o citocromo bc1 que cede electrones al citocromo c y el complejo IV o citocromo c oxidasa que cede electrones al O2 para producir dos moléculas de agua. 2. Un complejo enzimático, el canal de H+ ATP-sintetasa que cataliza la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa). 3. Proteínas trasportadoras que permiten el paso de iones y moléculas a través de la membrana interna.

Espacio intermembrana Entre ambas membranas queda delimitado un espacio intermembrana está compuesto de un líquido similar al hialoplasma; tienen una alta concentración de protones como resultado del bombeo de los mismos por los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria.

Matriz mitocondrial Contiene menos moléculas que el citosol, aunque contiene iones, metabolitos a oxidar, ADN circular bicatenario muy parecido al de las bacterias, ribosomas tipo 70S similares a los de bacterias, llamados mitorribosomas, que realizan la síntesis de algunas proteínas mitocondriales, y contiene ARN mitocondrial; es decir, tienen los orgánulos que tendría una célula procariota de vida libre. En la matriz mitocondrial tienen lugar diversas rutas metabólicas clave para la vida, como el ciclo de Krebs y la beta-oxidación de los ácidos grasos. Contiene también Complejo Piruvato DH, Enzimas del Ciclo Ácidos Tricarboxílicos (ATC), enzimas ß-oxidación, enzimas de oxidación de aminoácidos, ribosoma, ADN, muchas otras enzimas, ATP, ADP, Mg+2, Ca+2, K+.

Función La principal función de las mitocondrias es la oxidación de metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP mediante la fosforilación oxidativa, que es dependiente de la cadena transportadora de electrones; el ATP producido en la mitocondria supone un porcentaje muy alto del ATP sintetizado por la célula. También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas partículas como restos de virus y proteínas. Sirve en el metabolismo de los aminoácidos, de los ácidos grasos y esteroides. También en la respiración celular, la producción de energía y termogénesis (mantiene la Tº corporal).

Quimiosmosis Es el término dado al proceso donde los protones atraviesan una membrana a través de una gradiente electroquímica de protones. El protón usa un complejo proteico integral de membrana llamado Complejo FoF1. Este complejo contiene una enzima que liga ADP a Pi y sintetiza ATP.

La energía necesaria para esta reacción es obtenida de la difusión de protones a través de la gradiente de concentración, desde que este es un proceso exergónico.

ATP Los enlaces fosfoanhidridos del ATP representan el Potencial Químico de Energía. Los 2 enlaces fosfoanhidridos terminales, son conocidos como enlaces de alta energía, porque cuando se hidrolizan ellos liberan una gran cantidad de energía. La energía liberada se utiliza para: transporte activo, contracción muscular, movimiento celular, movimiento intracelular de organelas y cromosomas.

Síntesis de ATP Hay muchas vías metabólicas por la cual células de organismos heterotróficos pueden sintetizar ATP. MECANISMO: • Fosforilación a nivel de sustrato (Glucólisis y creatina fosfato) • Quimiosmosis.

ADN Mitocondrial ADN es circular, cerrada, sin extremos. En los seres humanos tiene un tamaño de 16569 pares de bases, conteniendo un pequeño número de genes, distribuidos entre la cadena H y la cadena L. • Cadena H: Composición en bases (total bases: 16569): 4096 A; 2171 C; 5180 G; 5122 T. Peso molecular: 5,168.726 daltons. • Cadena L: Composición en bases (total bases: 16569): 5122 A; 5180 C; 2171 G; 4096 T. Peso molecular: 5.060.609 daltons. Cada mitocondria contiene entre 2 y 10 copias de la molécula de ADN. En el ADN mitocondrial humano están codificados 37 genes (frente a los 20,000-25,000 genes ADN cromosómico nuclear): • 2 ARNr ribosómicos • 22 ARNt de transferencia • 13 ARNm para proteínas que participan en la Fosforilación Oxidativa: o Genes que codifican el complejo I de NADH deshidrogenasa o Genes que codifican el complejo IV de Citocromo Oxidasa o Genes que codifican el complejo V (ATP-sintasa) o Genes que codifican el complejo III (ubiquinona-citocromo b oxido-reductasa)

Características específicas de la Genética Mitocondrial • Localizado en un organelo citoplasmático • Herencia materna

• Segregación mitótica • Alta velocidad de mutación • No presenta intrones • Poliplasmia (alto número de copias = 1,000-10,000)

Patologías Mitocondriales Pueden ser causadas por mutaciones puntuales: • Sustitución en la base de secuencias codificadoras. • Inserción en la base de secuencias codificadoras. • Delección en la base de secuencias codificadoras. Factores: • Naturaleza de la Mutación. • Grado de heteroplasmia. • Requerimientos energéticos del tejido • Capacidad del tejido para reparar el daño

Órganos afectados por las patología mitocondriales ORGANOS Cerebro

Nervios Músculos Riñones Corazón Hígado Ojos Oídos Páncreas Sistémico

AFECTACIÓN Retraso en el desarrollo, retardo mental, demencia, convulsiones, desórdenes neuro-psiquiátricos, parálisis cerebral atípica, migrañas, infartos Debilidad, dolor neuropático, ausencia de reflejos, problemas gastroinstestinales (reflujo gastroesofágeo, vaciado gástrico retrasado, constipación, pseudos obstrucción), desmayos, ausencia o exceso de sudor relaciones con problemas de regulación de la temperatura Debilidad, hipotonía, calambres, dolor muscular Desgaste proximal renal tubular que provoca pérdida de proteínas, magnesio, fósforo, calcio y otros electrolitos. Defectos en los conductos cardíacos (bloqueos del corazón), cardiomipatía Hipoglicemia (Niveles de azúcar bajos en la sangre), falla del hígado Pérdida de la visión y ceguera Pérdida auditiva y sordera Diabetes y falla pancreáctica exocrina (incapacidad para generar enzimas digestivas) Incapacidad para subir de peso, corta estatura, fatiga, problemas respiratorios incluyendo sofocamientos intermitentes