Dr. Fernando Osores Plenge

Relacionar la transducción de la energía con la mitocondria y el cloroplasto• Identificar los procesos metabólicos que ocurren en la célula• Explicar el metabolismo de la glucosa en la célula• Explicar como ocurren las anomalías mitocondriales• Definir la fotosínteis

MITOCONDRIA

CLOROPLASTO

Fotosíntesis utiliza la luz solar para convertir moléculas de baja energía (CO2 y H2 O) en moléculas orgánica de energía elevada

como la glucosa

En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones:

Fase luminosa: en el tilacoide. En ella se producen transferencias de electrones.

Fase oscura: en el estroma. En ella se realiza la fijación de carbono

6H2O + 6CO2 ----------> C6H12O6+ 6O2

FOTOSINTESIS

Bioenergética

sol

+ H2O

CO2C6H12O6

O2CO2

H2O

Cadena energética o alimenticia

OXIDACION AEROBICA

La energía que se genera para obtener el ATP proviene de dos procesos:

Procesos ligados

Energía solar

augua+

dióxidocarbono

FOTOSÍNTESIS

RESPIRACIÓNAERÓBICA

moléculasazúcar

oxígeno

Ul t r aest r uct ur a de una mi t ocondr i a

Contiene:

•Agua y proteínas hidrosolubles.

•Moléculas de ADN

•Moléculas de ARN

•Enzimas

•Iones

Matriz mitocondrial Membrana mitocondrial externa

•Contiene porinas

Membrana mitocondrial interna•Contiene gran número de proteínas como ATP-sintetasa, proteínas de la cadena respiratoria, enzimas de la ß-oxidación y de la fosforilación oxidativa y transferasas.

F1

F0

Partículas elementales

•Constan de una cabeza o complejo F1, un pedúnculo o factor F0 y una base hidrófila.

•Son complejos ATP-sintetasa.

Coloide que contiene

enzimas que participan en el

metabolismo energético

Ribosomas y una molécula de ADN

circular

MATRIZ MITOCONDRIAL

OCURRE EL METABOLISMO ENERGETICO

Desarrolla el ciclo de Krebs o de los acidos tricarboxilicos Desarrolla la β-oxidación de los ácido grasos

Genera la fosforilación oxidativa. Permite la respiración celular por reacciones de oxido reducción.

Participa en procesos de captación de calcio

Acopla la degradación metabólica a la cadena transportadora de electrones, permitiendo la formación de ATP.

Participa en los procesos de apoptosis

Aunque se encuentran en el interior de la célula mantienen su aparato genético, incluyendo su propio DNA, mRNA, tRNA y ribosomas encerrados en las membranas mitocondriales.

Como el DNA bacteriano, el suyo tampoco está compactado en forma de cromosomas. A diferencia del cromosoma que se encuentra en el núcleo de la célula en que vive, no está recubierto por ninguna histona. Las mitocondrias ensamblan proteínas en ribosomas que son muy semejantes a los ribosomas de las bacterias.

Los ribosomas de las mitocondrias y los de las bacterias respiradoras suelen ser sensibles exactamente a los mismos antibióticos, por ejemplo la estreptomicina.

Como la mayor parte de las bacterias, y a diferencia de la complicada reproducción del resto de las células nucleadas, las mitocondrias se dividen por fisión binaria, normalmente en momentos distintos cada una e independientes de la reproducción del resto de la célula.

Bioenergética

686 Kcal/mol

Oxidació n bioló gica de la glucosa al interior de la cé lula

Oxidació n química de la glucosa por incineració n

Pequeñ as activaciones energéticas secuenciales que

aumentan la temperatura corporal

Transportadores moleculares

activados

Gran liberació n de energía por la

incineració n a través de una fuente de

calor

Toda la energía es liberada como calor y nada es almacenado

• Los organismos fotosintéticos o autotrofos obtienen energía del sol. Las plantas hacen ATP a través de la fotosíntesis

• Los animales obtienen energía de plantas u otros animales. Las células de organismos heterótrofos hacen ATP metabolizando carbohidratos, grasas y proteínas

• En todos los casos, parte de la energía se transforma y almacena en ATP

ATP es fuente universal de energía

• La degradación oxidativa completa de los principales combustibles metabólicos involucran numerosas deshidrogenasas que requieren como coenzimas:

» NAD+» NADP+» FAD

Bioenergética y oxidació n bioló gica

METABOLISMO

El metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico- químicos

que ocurren en una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son

la base de la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos,

etc.

Clasificación de las vías del Metabolismo

• El metabolismo general incluye dos tipos básicos de reacciones:

– Reacciones Catabólicas (degradación u oxidación)

– Reacciones Anabólicas (síntesis)

Importancia del Metabolismo en la célula

• La gran mayoría de la reacciones químicas intracelulares tienen por objeto mantener la Homeostasis celular que le permite mantener la integridad de sus funciones biológicas.

• A través de las reacciones químicas del metabolismo, la célula aprovecha la energía química de los alimentos directamente desde ATP e “indirectamente” por metabolitos que conducen a su producción (NADH FADH2, etc.)

ALIMENTO

carbohidratoscomplejos

azúcares simples

piruvato

acetil-CoA

glucógenoGRASAS proteínas

aminoácidos

esqueletoscarbono

acidosgrasos

glicerol

NH3

PGAL

glucosA-6-fosfato

GLUCÓLISIS

CICLO KREBS

urea

Ubicación a nivel intracelular de las vías metabólicas.(síntesis o degradación)

• Glicólisis (citosol)• Oxidación de carbohidratos o ciclo de

Krebs (mitocondria)• Glucogénesis y glucogenolísis (citosol)• Gluconeogénesis (mitocondria-citosol) • Β oxidación de ácidos grasos

(mitocondria)• Cetogénesis (mitocondria)• Síntesis de ácidos grasos (citosol)• Síntesis de proteínas (REr en ribosomas)

Se obtiene: 1GTP, 3 NADH Y 1 FADHSe obtiene: 1GTP, 3 NADH Y 1 FADH22

RENDIMIENTO TOTAL36 ATP célula eucariota

GLUCOLISIS

FERMENTACIÓN

4 ATP

2 NADH

2 H2O

2 CO2

2 Etanol2 Lactato

2ATP

RENDIMIENTO TOTAL2 ATP

GLUCOLISIS4 ATP

2ATP

2 NADH

2 H2O

OXIDACIÓN DEL PIRUVATO

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO

2 NADH

6 NADH

2 ATP

4 CO2

CICLO DE KREBS(Ciclo del citrato)

2 H2O

32 ATP

EN PRESENCIA DE 02 EN AUSENCIA DE 02

2 CO2

2 FADH2

Glucosa Glucosa

O2

MMI

MME

Ciclo del citrato (ciclo de Krebs)

Glucosa(6 C)

Glucosa 6P(6C)

Fructosa 6P(6C)

Fructosa 1,6 diP(6C)

Gliceraldehido 3P(3C)

Gliceraldehido 1,3 diP(3C)

3-fosfoglicérico(3C)

2-fosfoglicérico(3C)

Fosfoenolpiruvato(3C)

Piruvato(3C)

Acetil CoA(2C)

Oxalacetato(4C)

Citrato(6C)

α-cetoglutarico(5C)

Succinil co A(4C)

Succínico(4C)

Fumárico(4C)

Málico(4C)

Isocitrato(6C)

ATP

CO2

ATP

ATP

ATP

GTP

CO2

CO2

H2O

ADP ADP

ADP

ADP

GDP+PiATP

ADP

NAD+

NAD+

FAD+

NAD+

NAD+

Pi

NADHH+

NAD+

H2OCoA

x2

FADH2

x2

CoA

NADHH+

NADHH+

NADHH+

NADHH+

NADHH+

FADH2NAD+

e-

H+

H+ H+H+ H+ H+

H+

H+ H+

2H + ½ O2 H2O

H+ H+H+ H+ H+

H+

ADP+Pi H+

ATP

Cadena de transporte electrónico Síntesis ATP

Cadena respiratoria

Glucolisis

Oxidación del piruvato

x2

RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES AEROBIASRENDIMIENTO: 30 ATP (procedentes de 10xNADH) + 4 ATP (procedentes de 2xFADH2) + 6 ATP – 2 ATP= 38 ATP (2 ATP pueden emplearse en la entrada de 2xNADH de la glicolisis en la mitocondria)

Ciclo del citrato (ciclo de Krebs)

Glucosa(6 C)

Glucosa 6P(6C)

Fructosa 6P(6C)

Fructosa 1,6 diP(6C)

Gliceraldehido 3P(3C)

Gliceraldehido 1,3 diP(3C)

3-fosfoglicérico(3C)

2-fosfoglicérico(3C)

Fosfoenolpiruvato(3C)

Piruvato(3C)

Acetil CoA(2C)

Oxalacetato(4C)

Citrato(6C)

α-cetoglutarico(5C)

Succinil co A(4C)

Succínico(4C)

Fumárico(4C)

Málico(4C)

Isocitrato(6C)

ATP

CO2

ATP

ATP

ATP

GTP

CO2

CO2

H2O

ADP ADP

ADP

ADP

GDP+PiATP

ADP

NAD+

NAD+

FAD+

NAD+

NAD+

Pi

NADHH+

NAD+

H2OCoA

x2

FADH2

x2

CoA

NADHH+

NADHH+

NADHH+

NADHH+

Acetaldehido(2C)

Lactato(3C)

Etanol(2C)

NAD+

CO2

NAD+

NADHH+

FADH2NAD+

e-

H+

H+ H+H+ H+ H+

H+

H+ H+

2H + ½ O2 H2O

H+ H+H+ H+ H+

H+

ADP+Pi H+

ATP

Cadena de transporte electrónico Síntesis ATP

MMI

MME

Cadena respiratoria

Glucolisis

Oxidación del piruvato

x2

x2

Fermentación alcohólica

Fermentación láctica

RUTAS IMPLICADAS EN LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE GLUCOSA

Fig. 8-12, p.133

Fermentación Láctica

• Consiste en el transporte de la coenzimas reducidas NADH-H+o FADH2 hasta las crestas mitocondriales

• Es en este proceso en donde:– se obtiene la mayor cantidad de energía contenida en la

glucosa y otros compuestos orgánicos y que sera almacenada en forma de ATP

– Las coenzimas son reconvertidas a su forma oxidada lo que permite la degradacion de nuevos compuestos organicos en un proceso permanente.

– Como producto de desecho se produce agua y CO2

FOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVA

•Proceso mediante el cual se sintetiza ATP dentro de la mitocondria.

•se llama fosforilación porque el ADP gana un radical p (fosfato).

•Se le llama oxidativa porque se encuentra acoplada a la oxidación de los componentes del sistema del transporte de electrones

TEORIA QUIMIOSMOTICA DE MITCHELL

Dos piruvatos atraviesan la membrana interna mitocondria

espacio intermembranoso

NADH

NADH

FADH2

ATP

2

6

2

2

Ciclo Krebs

6 CO2

matriz mitocondrial

Ocho NADH, dos FADH 2, y dos ATP son la ganancia de la descomposición de dos piruvatos.

Los seis átomos de carbono del piruvato se difunden fuera de la mitocondria y la célula en forma de seis moléculas de CO2

Glucosa

GLUCÓLISIS

piruvato

CILCOKREBS

CADENA TRANSPORTADORAELECTRONES

Acidos grasosAcidos grasosΒΒ-oxidación-oxidación

ESPACIO INTERMEMBRANA

MATRIZ MITOCONDRIAL

Cadena transportadora Electrones

ATP Sintetasa

ATP

H+

H+H+

H+

H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+

NADH + H+ NAD+ + 2H+ FAD + 2H+FADH2 2H+ + 1/2 02 H2O ADP + Pi

e-e- e-

Fosforilación y Fosforilación y cadena cadena

transportadora de transportadora de electroneselectrones

glucosa

glicolisis

e–

CICLOKREBS

Cadenatransportadora

electrones

2 PGAL

2 piruvato

2 NADH

2 CO2

ATP

ATP

2 FADH2

H+2 NADH

6 NADH

2 FADH2

2 acetil-CoA

2 ATP CicloKrebs

4 CO2

ATP

ATP

ATP

36

ADP + Pi

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

Todas las células vivas usan una proteína conservada F0 F1 para sintetizar ATP

Membrana interna de

mitocondria y cloroplastoMembrana plasmática de

bacterias

Bio

ener

gétic

a

ATP sintetasa

Org

aniz

ació

n in

trac

eluA

TP

asa

SIN

TE

TA

ZA

l

Importancia Oxígeno

• Cadena transportadora electrones requiere oxígeno

• Oxígeno recoge electrones de la cadena y los combina con H+ para formar agua

Resumen Ganancia de Energía(por molécula glucosa)

• Glucólisis– 2 ATP

• Ciclo Krebs y reacciones preparación– 2 ATP

• Cadena transportadora electrones– 32 ATP

Genoma mitocondrial

rRNA 12s y rRA 16s: genes que codifican el ARN ribosomal

genes que codifican el complejo I de NADH deshidrogenasa

genes que codifican el complejo IV de citocromo oxidasa

genes que codifican el complejo I de NADH deshidrogenasa

genes que codifican el complejo V (ATP-sintasa)

genes que codifican el complejo III (ubiquinona-citocromo b oxido-reductasa)

Las mutaciones que

ocasionan enfermedades se indican con el número de la pareja de bases (p.e. MELAS 3243)

TRANSTORNOS DE LA β- OXIDACIÓN

• Se han descrito hasta la actualidad más de 25 formas diferentes de β-OAG

• Estos trastornos tienen base

• Genética y se heredan con carácter autosómico recesivo.

• Los β-OAG más frecuentes son:

• El déficit de acil-CoA deshidrogenasa de cadena media (MCAD)• El déficit de 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa de cadena larga• El déficit de acil-CoA deshidrogenasa de cadena muy larga• El déficit de carnitina palmitoiltransferasa II tipo adulto.

Problemas Asociados a las Citopatías Mitocondriales

SISTEMA DE ÓRGANOS

PROBLEMAS POSIBLES

CerebroRetraso en el desarrollo, retardo mental, demencia, convulsiones, desórdenes neuro-psiquiátricos, parálisis cerebral atípica, migrañas, infartos

Nervios

Debilidad (que puede ser intermitente), dolor neuropático, ausencia de reflejos, problemas gastrointestinales (reflujo gastroesofágeo, vaciado gástrico retrasado, constipación, pseudo obstrucción), desmayos, ausencia o exceso de sudor relacionados con problemas de regulación de la temperatura

Músculos Miopatías, debilidad, hipotonía, calambres, dolor muscular

RiñonesDesgaste proximal renal tubular que provoca pérdida de proteínas, magnesio, fósforo, calcio y otros electrolitos

CorazónDefectos en los conductos cardiacos (bloqueos del corazón), cardiomiopatía

Hígado Hipoglicemia (niveles de azúcar bajos en la sangre), falla del hígado

Ojos Pérdida de visión y ceguera

Oídos Pérdida auditiva y sordera

PáncreasDiabetes y falla pancreatítica exocrina (incapacidad para generar enzimas digestivas)

SistémicoIncapacidad para subir de peso, corta estatura, fatiga, problemas respiratorios incluyendo sofocamientos intermitentes

El término apoptosis fue acuñado en 1972 por Kerr et al ( Kerr JFR, 1972) para describir un modo común de muerte celular programada

Es un proceso fisiológico de muerte celular autoprogramada

La apoptosis permite que células, envejecidas, invadidas por patógenos o celulas preneoplasicas se destruyan sin causar inflamación.

•Hay señales intracelulares que pueden causar apoptosis. Como los glucocorticoides que se unen a receptores nucleares, el calor, radiación, agentes xenobióticos, virales, e hipoxia.

L i g a n d od e l F a s

F a s

F A D D

P r o c a s p a s a 8

A

A c t i v a c i ó n a u t o c a t a l í t i c ad e l a s c a s p a s a s

A P O P T O S I S

A c t i v a c i ó nI n a c t i v a c i ó n

F a c t o r d e s u p e r v i v e n c i a ( I L - 3 , S C F , I G F - I )

R e c e p t o r

B c l - 2

B c l - X L

B a d

B a x

B a k

Q u i n a s a B

A p a f - 1

P r o c a s p a s a 9

A c t i v a c i ó n d el a s c a s p a s a s

A P O P T O S I S

C a s p a s a 9

D N A

P r o t e í n a r e g u l a d o r a g é n i c ap r o a p o p t ó t i c a d e s a c t i v a d a

M e m b r a n ai n t e r n a

M e m b r a n ae x t e r n a

C i t o c r o m o c

Uno de los eventos más tempranos de la apoptosis es la deshidratación celular. La pérdida del agua intracelular conlleva a la condensación del citoplasma y cambios en la forma y el tamaño celular

Otro cambio, quizá el más característico de la apoptosis, es la condensación y fragmentacion de la cromatina nuclear.

Posteriormente se produce un empaquetamiento de los fragmentos nucleares con componentes organulares de la celula. (CUERPOS APOPTOTICOS).

Cuando la apoptosis sucede in vivo , los cuerpos apoptóticos son fagocitados por las células vecinas como fibroblastos o células epiteliales (y no necesariamente por macrófagos profesionales) sin desencadenar ninguna reacción inflamatoria en el tejido

Otra característica específica de la apoptosis es la preservación, de la integridad estructural y de la mayoría de las funciones de la membrana plasmática.