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Mitocondrias

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Mitocondrias: estructura, función. Transporte de moléculas hacia y desde la mitocondria. Respiración y producción de energía.

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Page 1: Mitocondrias
Page 2: Mitocondrias

Origen endosimbióntico de la mitocondria y el cloroplasto:

Page 3: Mitocondrias

La mitocondria tiene dos membranas y dos espacios:

Page 4: Mitocondrias

Tamaño de la mitocondria

Page 5: Mitocondrias

Metabolismo anaeróbico vs. aeróbico

Page 6: Mitocondrias

Todo lo que ocurre dentro de la mitocondria, desde el espacio

intermembranal hasta la matriz:

Page 7: Mitocondrias

-oxidación de ác. grasos

Ala, Cys, Gly,

Ser, Thr, Trp

Page 8: Mitocondrias

• Membrana externa: permeable a iones y pequeñas moléculas. Tiene algunas

proteínas principalmente porina y parte del aparato de importación de proteínas.

• Membrana interna: impermeable a casi todas las moléculas pequeñas e iones,

incluyendo H+. Rica en proteínas como las encargadas de la cadena respiratoria,

acarreadores, etc.

• Matriz mitocondrial:

• las enzimas del complejo de piruvato deshidrogenasa,

• enzimas del ciclo del ácido cítrico,

• enzimas de la -oxidación de ácidos grasos,

• enzimas de la oxidación de aminoácidos,

• DNA,

• Ribosomas,

• ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+,

• intermediarios metabólicos solubles.

• Espacio intermembranal: citocromo c, H+.

En resumen, ¿qué tiene la mitocondria?

Page 9: Mitocondrias

Mitoproteoma: estudio de las proteínas que se encuentran en la

mitocondria de humanos

Membrana externa: 41 entradas,

Membrana interna: 58 entradas,

Espacio intermembranal: 6 entradas,

Matriz mitocondrial: 101 entradas.

http://www.mitoproteome.org/html/data

base.html

Page 10: Mitocondrias

La cadena respiratoria mitocondrial está formada por cuatro

complejos multiméricos que tienen grupos redox:

Complejo I: NADH ubiquinona

reductasa

Complejo III: ubiquinol citocromo c

reductasa

Complejo IV:

citocromo c oxidasa

Complejo II: Succinato ubiquinona

reductasa

Page 11: Mitocondrias

Componentes redox de la cadena respiratoria, acarreadores

móviles, grupos prostéticos

Page 12: Mitocondrias

La ubiquinona es un acarreador móvil de electrones dentro de la membrana interna

Page 13: Mitocondrias

Diferentes grupos prostéticos de los complejos respiratorios

grupos hemo centros Fe-S

Page 14: Mitocondrias

Diferentes grupos hemo de la cadena respiratoria

Page 15: Mitocondrias

Los cuatro

complejos

oxidoreductores

de la cadena de

transporte de

electrones

tienen distintos

E’º

Acoplado al

transporte de

electrones hay una

de H+ hacia el

espacio

intermembranal

Page 16: Mitocondrias

Componentes proteicos de la cadena de transporte de electrones

Page 17: Mitocondrias

Purificación de los

complejos respiratorios:

Page 18: Mitocondrias

Deshidrogenasas dependientes de

NAD o de FAD

El complejo I: NADH:quinol óxido-reductasa

Page 19: Mitocondrias

El complejo II:

Succinato:ubiquinona

deshidrogenasa

Cataliza la oxidación de

succinato a fumarato,

reduce a una quinona

Tiene 4 subunidades

Page 20: Mitocondrias

citocromo b:

8 cruces

transmembra

nales, dos

hemos

citocromo c1:

un cruce

transmembra-

nal, un hemo

covalentemen

te unido

Proteína fierro-

azufre: un

cruce

transmembra-

nal, un centro

2Fe-2S

El complejo III ó complejo bc1

Page 21: Mitocondrias

Bos taurus Rhodobacter Chlamydomonas

pollo capsulatus reinhardthii

levadura Mastigocladus

conejo laminosus

QUINOL-CITOCROMO C (PLASTOCIANINA) ÓXIDO-REDUCTASA

Page 22: Mitocondrias

2QH2p + Qn + 2 citocromo cox + 2H+n

2Qp +QH2n + 2 citocromo cred + 4H+p

Reacción neta del complejo III catalizada por el ciclo Q

Page 23: Mitocondrias

sitio Qp:

oxidación del quinol

grupos:

ubiquinol, FeS

hemo bL

sitio Qn:

reducción de la

quinona

grupos:

ubiquinona,

hemo bH

Los sitios de reacción de la quinona

están en el citocromo b:

Page 24: Mitocondrias

ISP cit c1

cit c

QH2

QH2

Q

Q Qn.-

2H+

Qp.- e- e-

e- e-

sitio Qn(-)

o

sitio de

reducción

de la quinona

sitio Qp(+)

o

sitio de

oxidación

del quinol

2H+

espacio intermembranal

matriz

4H+

QH2

El ciclo Q del bc1:

citbH

citbL

O2 O2.-

estigmatelina

mixotiazol

antimicina

Page 25: Mitocondrias

El complejo bc1 tiene una estructura dimérica:

citocromo b

citocromo c1

Proteína

Fe-S

grupos redox

• cristalizado en: bovino, conejo, pollo y levadura

Page 26: Mitocondrias

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Page 27: Mitocondrias

El complejo IV: citocromo c oxido-reductasa

Complejo de Paraccocus

Page 28: Mitocondrias
Page 29: Mitocondrias

La reacción de reducción de oxígeno y el bombeo de protones por el complejo IV:

Espacio

intermembranal

Membrana

interna

Matriz

Page 30: Mitocondrias

QH2

Q

QH2

cit c 1/2 O2

H2O

Succinato

Fumarato

H+ H+

ADP+Pi

ATP

La cadena respiratoria mitocondrial: (los complejos cristalizados)

4H+

2H+

+

-

Page 31: Mitocondrias

El acoplamiento quimio-osmótico:

cómo resulta la síntesis de ATP a partir

de la oxidación de sustratos

Page 32: Mitocondrias

El autor de la hipótesis quimiosmótica:

Page 33: Mitocondrias

La fuerza protón-motriz:

Page 34: Mitocondrias

1.- Membrana

impermeable

a protones

2.-Generación de la fuerza protón-motriz

----- -----

++++ ++++

H+

Ca++ H+ X H+

Y

Simport antiport

uniport

Energía química mitocondria y

bacterias aeróbicas

Energía

luminosa cloroplasto y

bacterias

fotosintéticas

Mitchell P. (1961) Nature 191, 141

H+

3.- ADP

Pi

ATP

4.-transporte

acoplado

H+

Rotación del

flagelo

Acoplamiento

H+= + RT/nF pH

Quimi-osmótico

Page 35: Mitocondrias

Qué es la fosforilación oxidativa:

Page 36: Mitocondrias

CLOROPLASTO

Jagendorf A.T. & Uribe E. (1966)

Brookhaven Symp. In Biol. 19, 215

MITOCONDRIA

Thayer, W.S. & Hinkle, P. C. (1975)

JBC 250, 5330

Page 37: Mitocondrias
Page 38: Mitocondrias

Tres sistemas

de

transducción

de energía

Page 39: Mitocondrias
Page 40: Mitocondrias
Page 41: Mitocondrias
Page 42: Mitocondrias
Page 43: Mitocondrias

Síntesis de ATP por la ATPsintasa:

una máquina molecular de síntesis.

Page 44: Mitocondrias
Page 45: Mitocondrias
Page 46: Mitocondrias

El complejo V: La

ATP sintetasa

F1: 3α, 3β,

1γ, 1δ, 1ε

Fo: 10-14 c,

1a, 2b.

Page 47: Mitocondrias

Los segmentos F1, Fo cristalizados:

Page 48: Mitocondrias

Walker J.E. et al (1994)

Nature 370, 621

F1

F0

Page 49: Mitocondrias

Diferencias estructurales dadas

por la unión de ATP, ausencia de

ATP ó ADP y Pi.

Page 50: Mitocondrias

La ATP sintasa vista desde la

zona que ve hacia el espacio

intermembranal.

Page 51: Mitocondrias
Page 52: Mitocondrias

Mecanismo de

liberación del

ATP por el sector

F1 de la

ATPsintasa

La síntesis de ATP

requiere de movimiento

en el segmento F1

ocasionado por la

subunidad en

movimiento.

Page 53: Mitocondrias

Comprobación de que la subunidad gira

Page 54: Mitocondrias
Page 55: Mitocondrias

Noji H. et al (1997) Nature 386, 299

Page 56: Mitocondrias

Rotación del filamento de actina en cuadros

Page 57: Mitocondrias
Page 58: Mitocondrias

(2004) NATURE 427, 465.

La síntesis de ATP

puede ser hecha

mecánicamente sin el

sector Fo

Page 59: Mitocondrias

Para ver esta película, debe disponer de QuickTime™ y de un descompresor Sorenson Video 3.

Page 60: Mitocondrias

Otras proteínas mitocondriales

Page 61: Mitocondrias

Proteínas mitocondriales que no tienen que ver con la cadena respiratoria

Page 62: Mitocondrias
Page 63: Mitocondrias

La mitocondria es un organelo que importa la gran mayoría

de sus proteínas.

Page 64: Mitocondrias

Proteínas de la cadena respiratoria que están codificados en el genoma

mitocondrial

Page 65: Mitocondrias

El genoma mitocondrial humano

Page 66: Mitocondrias

Cristales de oxaloacetato en mitocondrias de pacientes con miopatías mitocondriales

Page 67: Mitocondrias

Cómo se estudia el transporte

de proteínas a la mitocondria

Page 68: Mitocondrias

El sistema translocador de proteínas en bacterias:

Page 69: Mitocondrias

Proteínas secretadas como toxinas:

Page 70: Mitocondrias

El sistema de importación

de proteínas en la

mitocondria:

Page 71: Mitocondrias

Importando una proteína citosólica a la mitocondria

Page 72: Mitocondrias

Estudio in vitro

del transporte de

una proteína a la

que se le ha

unido el

inhibidor

metotrexato

Page 73: Mitocondrias

Sitios de

unión entre

la membrana

interna y la

externa

Page 74: Mitocondrias

Péptidos señal

de proteínas

mitocondriales

Page 75: Mitocondrias
Page 76: Mitocondrias
Page 77: Mitocondrias

El complejo III

Ubiquinol:citocromo c

reductasa

Page 78: Mitocondrias

El complejo III:

ubiquinol:citocromo c oxido-reductasa

Estequiometría neta del ciclo Q