¿Qué son los cuerpos glandulares?

mitocondrias

Las mitocondrias fueron descubiertas en 1850 y nombradas en 1898. Las mitocondrias están recubiertas por dos membranas, la membrana externa es lisa, la membrana interna se pliega hacia adentro para formar una cresta, hay una cavidad entre las dos membranas y el centro de las mitocondrias es la matriz. La matriz contiene todas las enzimas necesarias para el ciclo del ácido tricarboxílico y la membrana interna tiene el sistema enzimático de la cadena respiratoria y el complejo ATPasa. Las mitocondrias son los principales sitios para la fosforilación oxidativa y la formación de ATP en las células, y se las conoce como la "central eléctrica" ​​de las células. Además, las mitocondrias tienen su propio ADN y sistema genético, pero la cantidad de genes en el genoma mitocondrial es limitada. Por lo tanto, las mitocondrias son solo un orgánulo semiautónomo.

Las mitocondrias presentan diversas formas, generalmente lineales, granulares o lineales cortas. El diámetro de las mitocondrias es generalmente de 0,5 a 1,0 μm y la longitud varía mucho, generalmente de 1,5 a 3 μm, y puede alcanzar los 10 μm. Las mitocondrias de los fibroblastos humanos son más largas, hasta 40 μm. A veces, diferentes tejidos desarrollan mitocondrias anormalmente agrandadas en diferentes condiciones, que se denominan mitocondrias gigantes. En la mayoría de las células, las mitocondrias se distribuyen uniformemente por todo el citoplasma, pero en algunas células la distribución de las mitocondrias es desigual y, a veces, las mitocondrias se acumulan en los bordes del citoplasma. En el citoplasma, las mitocondrias suelen concentrarse en áreas metabólicamente activas porque estas áreas requieren más ATP. Por ejemplo, hay muchas mitocondrias en las fibras musculares de las células musculares. Además, las bases de los espermatozoides, los flagelos, los cilios y las células de los túbulos renales son lugares donde las mitocondrias son más abundantes. Además de estar más distribuidas en áreas que requieren ATP, las mitocondrias también están más concentradas en áreas con más sustratos de reacción de oxidación, como las gotas de grasa, porque hay muchas grasas para oxidar en las gotas de grasa.

Forma y Distribución

Las mitocondrias generalmente tienen forma granular o de bastón, pero varían según la especie biológica y el estado fisiológico. Pueden tener forma de anillo, de mancuerna, lineales o ramificadas. u otra forma. Los principales componentes químicos son las proteínas y los lípidos, de los cuales las proteínas representan el 65-70% del peso seco de las mitocondrias y los lípidos representan el 25-30%. Generalmente, tienen un diámetro de 0,5 a 1 μm y una longitud de 1,5 a 3,0 μm. En las células exocrinas pancreáticas, pueden medir hasta 10 a 20 μm. Se denominan mitocondrias gigantes. El número es generalmente de cientos a miles. Debido a que las plantas tienen cloroplastos, el número de mitocondrias es relativamente pequeño; las células del hígado tienen alrededor de 1300 mitocondrias, lo que representa el 20% del volumen celular; solo hay un dinoflagelado unicelular, y las células de levadura tienen un gran tamaño. rama Hay 500.000 mitocondrias en la deformación gigante; muchos glóbulos rojos maduros de mamíferos no tienen mitocondrias. Generalmente unido a los vasos sanguíneos y distribuido en áreas con funciones celulares fuertes. Por ejemplo, está distribuido uniformemente en las células del hígado, dispuesto en paralelo o en forma de rejilla cerca de los microvasos en las células del riñón, distribuido bipolarmente en las células epidérmicas intestinales, concentrado en la parte superior y la base, y distribuido en la zona media de los flagelos en los espermatozoides. . Las mitocondrias pueden migrar hacia áreas funcionales del citoplasma, utilizando microtúbulos como guías y impulsadas por proteínas motoras.

Ultraestructura

Las mitocondrias están rodeadas por dos membranas interna y externa, incluyendo cuatro regiones funcionales: membrana externa, membrana interna, espacio intermembrana y matriz. El contenido de proteínas de cada compartimento funcional en las mitocondrias de las células hepáticas es: matriz 67%, membrana interna 21%, membrana externa 8% y espacio intermembrana 4%.

1. La membrana externa (membrana exterior) contiene un 40% de lípidos y un 60% de proteínas. Tiene un canal hidrófilo compuesto por porina, que permite el paso de moléculas con un peso molecular de 5KD o menos, y de 1KD. o menos. La enzima marcadora es la monoaminooxidasa. Es una estructura unitaria de membrana que rodea las mitocondrias. Tiene 6 nm de espesor, es plano y liso, y tiene grandes porinas, que pueden permitir el paso de moléculas con una masa molecular relativa de aproximadamente 5 kDa. También hay enzimas en la membrana externa que sintetizan lípidos y los convierten en enzimas que pueden metabolizarse aún más en la matriz.

2. La membrana interna contiene más de 100 tipos de polipéptidos y la proporción de proteínas y lípidos es superior a 3:1. Tiene un alto contenido de cardiolipina (hasta un 20%) y carece de colesterol, similar a las bacterias. La permeabilidad es muy baja, lo que permite el paso sólo de moléculas pequeñas sin carga. Las moléculas grandes y los iones requieren un sistema de transporte especial para atravesar la membrana interna. Por ejemplo: el piruvato y el pirofosfato se cotransportan utilizando el gradiente de H+. La cadena de transporte de electrones de la fosforilación oxidativa mitocondrial se encuentra en la membrana interna, por lo que desde la perspectiva de la conversión de energía, la membrana interna desempeña un papel importante.

La enzima marcadora de la membrana interna es la citocromo c oxidasa. Es una estructura de membrana unitaria ubicada en la capa interna de la membrana externa y tiene aproximadamente 6 nm de espesor. La permeabilidad de la membrana interna a las sustancias es muy baja y sólo pueden atravesarla sustancias moleculares pequeñas y sin carga. La íntima se pliega hacia adentro para formar muchas crestas, lo que aumenta considerablemente la superficie de la íntima. La membrana interna contiene tres tipos de proteínas funcionales: ① enzimas que realizan reacciones de oxidación en la cadena respiratoria; ② complejo ATP sintasa; ③ algunas proteínas de transporte especiales que regulan la salida y la importación de metabolitos metabólicos en la matriz.

3. El espacio intermembrana es la cavidad entre las membranas interna y externa, que se extiende hasta el eje de la cresta. El ancho de la cavidad es de aproximadamente 6-8 nm. Dado que la membrana externa tiene una gran cantidad de poros hidrófilos que se comunican con el citoplasma, el valor del pH del espacio intermembrana es similar al del citoplasma. La enzima marcadora es la adenilato quinasa. Es el espacio interno de las mitocondrias rodeado por membranas internas y crestas, y contiene muchas proteínas y lípidos. Las enzimas que catalizan la oxidación de los ácidos grasos y el piruvato en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos también están presentes en la matriz. Además, también contiene ADN mitocondrial, ribosomas mitocondriales, ARNt, ARNr y diversas enzimas expresadas por genes mitocondriales. La enzima característica de la matriz es la malato deshidrogenasa.

4. La matriz es el espacio rodeado por la íntima y la cresta. A excepción de la glucólisis, que se lleva a cabo en el citoplasma, otros procesos biológicos oxidativos se llevan a cabo en las mitocondrias. Las enzimas que catalizan el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, los ácidos grasos y la oxidación del piruvato están ubicadas en la matriz y su enzima característica es la malato deshidrogenasa. La matriz cuenta con un completo sistema de transcripción y traducción. Incluyendo ADN mitocondrial (ADNmt), ribosomas 70S, ARNt, ARNr, ADN polimerasa, aminoácido activasa, etc. La matriz también contiene filamentos de fibra y materiales granulares densos con alta densidad electrónica, incluido plasma de Ca2+, Mg2+ y Zn2+. La estructura formada por los pliegues de la membrana mitocondrial interna hacia la matriz se llama cresta. La formación de crestas aumenta en gran medida la superficie de la membrana interna. Hay dos disposiciones de crestas: una es laminar y la otra es tubular. En las células animales superiores, están dispuestas principalmente en láminas, la mayoría de las cuales son perpendiculares al eje longitudinal de las mitocondrias. Las disposiciones tubulares son comunes en protozoos y plantas. El número, la morfología y la disposición de las crestas mitocondriales varían ampliamente entre los diferentes tipos de células. En términos generales, las células que requieren más energía no sólo tienen más mitocondrias, sino también más crestas mitocondriales. Hay muchas partículas dispuestas regularmente llamadas partículas elementales en las crestas de la membrana mitocondrial interna, y la distancia entre cada partícula elemental es de aproximadamente 10 nm. La grana también se llama factor de acoplamiento 1 (factor de acoplamiento 1), o F1 para abreviar. En realidad, es ATP sintasa (ATP sintasa), también llamado complejo F0 F1 ATPasa, que es un complejo de múltiples componentes.

La naturaleza semiautónoma de las mitocondrias

Después de que M. y S. Nass descubrieran el ADN mitocondrial (ADNmt) en 1963, se descubrieron el ARN, la ADN polimerasa y la polimerización del ARN en las mitocondrias. Un conjunto completo de equipos para la replicación, transcripción y traducción de proteínas del ADN, que incluye enzimas, ARNt, ribosomas y enzimas activadoras de aminoácidos, lo que indica que las mitocondrias tienen un sistema genético independiente.

Aunque las mitocondrias también pueden sintetizar proteínas, su capacidad de síntesis es limitada. Entre las más de 1.000 proteínas de las mitocondrias, sólo una docena se sintetizan por sí mismas. Las proteínas ribosómicas mitocondriales, las aminoacil-ARNt sintetasas y muchas proteínas estructurales están codificadas por genes nucleares. Después de ser sintetizadas en el citoplasma, se dirigen y transportan a las mitocondrias. Por lo tanto, las mitocondrias se denominan orgánulos semiautónomos.

Las mitocondrias son muy similares a las bacterias en términos de morfología, reacción de tinción, composición química, propiedades físicas, estado de actividad, sistema genético, etc., por lo que la gente especula que las mitocondrias se originaron a partir de la endometriosis. Según este punto de vista, después de que las bacterias aeróbicas fueron fagocitadas por células eucariotas primitivas, es posible que hayan evolucionado hasta convertirse en las mitocondrias actuales en un desarrollo mutuamente beneficioso a largo plazo. Durante el proceso de evolución, las bacterias aeróbicas perdieron gradualmente su independencia y transfirieron una gran cantidad de información genética a las células huésped, formando la naturaleza semiautónoma de las mitocondrias.

El sistema genético mitocondrial tiene muchas características similares a las bacterias, tales como: ① el ADN es una molécula circular sin intrones; ② los ribosomas son del tipo 70S; ③ la ARN polimerasa es inhibida por el bromuro de etidio y no se libera; Inhibido por la nematicina D; ④ el ARNt y la aminoacil-ARNt sintetasa son diferentes de los del citoplasma. ⑤ El aminoacil ARNt inicial para la síntesis de proteínas es el N-formilmetionil ARNt, que es resistente al cloranfenicol, inhibidor bacteriano de la síntesis de proteínas. Sensible pero no a la cicloheximida. , un inhibidor de la síntesis de proteínas citoplasmáticas.

Además, el código genético del ADNmt de los mamíferos tiene las siguientes diferencias con respecto al código genético universal: ① UGA no es una señal de terminación, sino el código para el triptófano ② La metionina dentro del polipéptido está codificada por AUG; y codificación de codones AUA, la metionina inicial está codificada por cuatro codones AUG, AUA, AUU y AUC; ③AGA, AGG no son codones para arginina, sino codones de parada, hay 4 codones de parada en el sistema de código mitocondrial (UAA, UAG, AGA). , AGG).

El ADNmt se hereda por vía materna. Tiene una tasa de mutación más alta que el ADN nuclear y carece de capacidad de reparación. Algunas enfermedades genéticas, como la neuropatía óptica hereditaria de Leber y la epilepsia mioclónica, están relacionadas con mutaciones de genes mitocondriales.

La proliferación de las mitocondrias

La proliferación de las mitocondrias se produce mediante la división de las mitocondrias existentes, que tiene las siguientes formas:

1. Separación de las paredes septales. Durante la división, las mitocondrias se dividen en dos tipos mediante pliegues desde la membrana interna hasta el centro, que son comunes en el hígado de ratón y en el tejido vegetal.

2. Se separan después de la contracción, durante la división, se constriñen a través de la membrana. medio de las mitocondrias y continuamente alargado en ambos extremos. Luego se divide en dos, como se ve en las mitocondrias de helechos y levaduras.

3. Brotación, que se encuentra en levaduras y musgos, aparecen pequeños brotes en las mitocondrias, que crecen después de caerse y se convierten en mitocondrias.

Las mitocondrias son cuerpos lineales, con forma de bastoncillo largo, ovalados o redondos, rodeados por una membrana de doble límite. La membrana limitante exterior es lisa, mientras que la membrana limitante interior está plegada en crestas de diferentes longitudes y unida con grana. Entre las membranas interna y externa se encuentra la cámara externa de las mitocondrias, que está conectada al espacio interno de las crestas, y dentro de la membrana limitante interna se encuentra la cámara interna (cámara de la matriz). En las células endocrinas que sintetizan hormonas esteroides (como las células adrenocorticales, las células del folículo ovalado, las células de Leydig testiculares, etc.), las crestas mitocondriales tienen forma tubular. La permeabilidad de las membranas interna y externa es diferente. La membrana externa tiene una alta permeabilidad y puede permitir el paso de muchas sustancias, mientras que la membrana interna forma una barrera de permeabilidad obvia, lo que hace imposible el paso de algunas sustancias como la sacarosa y el NADH. , mientras que otras sustancias no pueden pasar en absoluto, como Na+ y Ca 2+, sólo pueden pasar con la ayuda del transporte activo. La matriz de las mitocondrias contiene partículas no estructuradas y densas en electrones (partículas de matriz) que tienen una alta afinidad por cationes divalentes como Ca2+ y Mg2+. En la matriz se llevan a cabo procesos como la beta oxidación, la descarboxilación oxidativa, el ciclo del ácido cítrico y el ciclo de la urea. La membrana externa de las mitocondrias contiene monoaminooxidasa y varias transferasas para el metabolismo de azúcares y lípidos; la membrana interna contiene enzimas para la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.

Las mitocondrias son uno de los orgánulos más sensibles a diversos daños. Los cambios patológicos más comunes en el daño celular se pueden resumir en cambios en el número, tamaño y estructura de las mitocondrias:

1. Cambios en el número La vida media de las mitocondrias es de unos 10 días. Las mitocondrias en disminución pueden reponerse dividiéndose directamente en dos las mitocondrias restantes. En condiciones patológicas, la proliferación mitocondrial es en realidad una respuesta adaptativa al daño celular crónico no específico o una manifestación de una mayor función celular. Por ejemplo, las mitocondrias del miocardio en la enfermedad de las válvulas cardíacas y las mitocondrias del músculo esquelético en los trastornos de la circulación sanguínea periférica y la claudicación intermitente muestran proliferación.

La reducción en el número de mitocondrias se observa cuando las mitocondrias se desintegran o se autolizan durante una lesión celular aguda, que dura unos 15 minutos. Debido a la proliferación gradual de las mitocondrias durante una lesión crónica, las mitocondrias generalmente no se reducen (o incluso aumentan). Además, la reducción de las mitocondrias también es una manifestación de inmadurez y/o desdiferenciación celular.

2. Cambios de tamaño El cambio más común cuando las células están dañadas es el agrandamiento mitocondrial. Según la localización de la afectación mitocondrial, se puede dividir en dos tipos: inflamación de la matriz e inflamación de las crestas, siendo la primera la más común. En la inflamación de tipo matriz, las mitocondrias se vuelven más grandes y redondas, la matriz se vuelve menos profunda y las crestas se acortan, disminuyen o incluso desaparecen (Figura 1-9). Cuando están extremadamente hinchadas, las mitocondrias pueden transformarse en pequeñas estructuras similares a vacuolas. Este tipo de hinchazón es un cambio parcial del edema celular.

Las finas partículas que se observan al microscopio óptico en las llamadas células turbias son mitocondrias agrandadas. La hinchazón tipo cresta es menos común. En este momento, la hinchazón se limita al espacio dentro de la cresta, lo que hace que la cresta plana adopte forma de matraz o incluso vacuola, mientras que la matriz parece más densa. La inflamación de tipo cresta es generalmente reversible, pero cuando el daño de la membrana empeora, puede pasar de tipo mixto a tipo estromal.

Las mitocondrias son orgánulos extremadamente sensibles al daño. Su hinchazón puede ser causada por una variedad de factores de daño, el más común de los cuales es la hipoxia, además de toxinas microbianas, diversos venenos, radiación y cambios. en la presión osmótica también puede causar causa. Sin embargo, una hinchazón leve a veces puede ser un signo de aumento de la función, mientras que una hinchazón más evidente es siempre un signo de daño celular. Sin embargo, siempre que el daño no sea demasiado grave y los factores de daño no duren mucho, la hinchazón aún puede recuperarse.

El agrandamiento de las mitocondrias es a veces una hipertrofia adaptativa provocada por un aumento de la carga funcional de los órganos. En este momento, el número de mitocondrias también suele aumentar, como cuando se produce una hipertrofia de órganos. Por el contrario, cuando el órgano se encoge, las mitocondrias se reducen y disminuyen.

3. Cambios estructurales Las crestas mitocondriales son un indicador evidente del metabolismo energético, pero el aumento de las crestas no va necesariamente acompañado de un aumento de las enzimas de la cadena respiratoria. El aumento paralelo de las membranas de las crestas y de las enzimas refleja el aumento de la carga funcional de las células, que es una manifestación de un estado adaptativo; por el contrario, si las membranas de las crestas y las enzimas no aumentan en paralelo, es una manifestación de una disfunción de la adaptación citoplasmática. esta vez, la función celular no aumenta.

Durante una lesión celular aguda (principalmente envenenamiento o hipoxia), las crestas de las mitocondrias se destruyen; durante una lesión celular crónica subletal o una deficiencia de nutrientes, la síntesis de proteínas mitocondriales se bloquea, por lo que las mitocondrias casi ya no pueden funcionar. nuevas crestas.

Dependiendo del tipo y naturaleza del daño celular, se pueden formar inclusiones patológicas dentro de la matriz o crestas mitocondriales. Algunas de estas inclusiones se encuentran en forma de cristales o paracristales (que pueden estar compuestos de proteínas), como se observa en las miopatías mitocondriales o en la distrofia muscular progresiva, y algunas se encuentran en forma de sustancias amorfas densas en electrones, que son comunes cuando las células tienden a se vuelven necróticos, que son producto de la descomposición de los componentes mitocondriales (lípidos y proteínas) y se consideran una manifestación de daño mitocondrial irreversible. Otro cambio común en el daño mitocondrial es la formación de estructuras laminares similares a la mielina, que es el resultado del daño a la membrana mitocondrial.

Las mitocondrias muertas o dañadas son eventualmente procesadas por el proceso de autofagia de la célula y finalmente degradadas y digeridas por enzimas lisosomales.

Términos relacionados

Dirección de proteínas

El posicionamiento intracelular de las proteínas sintetizadas por los ribosomas libres está guiado por la propia proteína precursora determinada por la señal. Diferentes tipos de señales de guía pueden guiar a las proteínas para que se localicen en orgánulos específicos, como mitocondrias, cloroplastos, núcleos y peroxisomas. Una vez que estas proteínas se sintetizan y se liberan en los ribosomas libres, necesitan encontrar su propio destino, por lo que se denominan proteínas dirigidas.

Translocación postraduccional

Las proteínas sintetizadas en los ribosomas libres no pueden transportarse hasta que la proteína esté completamente sintetizada y liberada al citosol, por lo que este modo de transporte se denomina transporte postraduccional. . Las proteínas transportadas de esta manera incluyen algunas proteínas de las mitocondrias, cloroplastos y núcleos, así como todas las proteínas de los peroxisomas. Una parte considerable de las proteínas sintetizadas en los ribosomas libres existen directamente en el citosol, incluidas proteínas citoesqueléticas, enzimas o proteínas de diversos sistemas de reacción, etc.

Clasificación de proteínas

Se refiere principalmente a proteínas sintetizadas en ribosomas unidos a membranas. A través de péptidos señal, ingresan al retículo endoplásmico mientras se traducen y luego se someten a diversos procesamientos y modificaciones para formar proteínas. diferentes destinos llevan diferentes etiquetas, finalmente, se clasifican a través de la red trans-Golgi, se empaquetan en diferentes tipos de vesículas y se transportan a sus destinos, incluido el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi y los lisosomas, la membrana citoplasmática, la membrana extracelular y la nuclear. etc.

La clasificación de proteínas en el sentido más amplio también incluye la localización de proteínas sintetizadas en ribosomas libres.

***Translocación traslacional (translocación cotraduccional)

Las proteínas sintetizadas en ribosomas unidos a membranas inician el transporte cuando son traducidas, principalmente a través de señales de posicionamiento, mientras se traduce, ingresa el retículo endoplásmico y luego se somete a un procesamiento y transferencia adicionales. Debido a que este tipo de posicionamiento del transporte se lleva a cabo al mismo tiempo que la traducción de proteínas, se denomina transporte de traducción ***. Las proteínas sintetizadas en ribosomas unidos a membranas pasan a través de péptidos señal y se someten a un transporte y clasificación continuos por el sistema de membrana para llegar a su destino final. Este proceso también se denomina clasificación de proteínas o tráfico de proteínas.

Ribosomas libres

Durante todo el proceso de síntesis de proteínas, los ribosomas unidos al ARNm existen libres (en realidad integrados con el citoesqueleto), no se unen al retículo endoplásmico. La razón por la cual este tipo de ribosoma no se une al retículo endoplásmico es porque no hay una señal específica en la proteína que se sintetiza y no tiene nada que ver con el ribosoma.

Ribosomas unidos a membrana

Los ribosomas que se unen al ARNm y realizan la síntesis de proteínas se encuentran en estado libre en la etapa inicial de la síntesis de proteínas, pero a medida que se sintetiza la cadena peptídica, los ribosomas se guiados al retículo endoplásmico y combinados con el retículo endoplásmico. Estos ribosomas se denominan ribosomas unidos a membrana.

Esta combinación de ribosomas y retículo endoplásmico está determinada por la secuencia señal en el extremo N-terminal del péptido naciente sintetizado, y no tiene nada que ver con el ribosoma en sí.

Péptido líder

También conocido como péptido de tránsito o secuencia dirigida, es la señal N-terminal de las proteínas sintetizadas en los ribosomas libres.

El péptido líder es una cadena peptídica de aproximadamente 20 a 80 aminoácidos en el extremo N de una proteína naciente. Por lo general, los aminoácidos básicos cargados positivamente (especialmente arginina y lisina) son abundantes en contenido. son reemplazados por aminoácidos no cargados, no tendrán un efecto guía, lo que indica que estos aminoácidos juegan un papel importante en el posicionamiento de las proteínas. Estos aminoácidos están dispersos entre secuencias de aminoácidos no cargados. La secuencia peptídica de tránsito no contiene o básicamente no contiene aminoácidos ácidos cargados negativamente y tiene tendencia a formar α-hélices anfifílicas. Esta estructura característica del péptido de tránsito facilita el paso a través de la doble membrana mitocondrial. No existe homología entre diferentes péptidos de tránsito, lo que indica que la secuencia del péptido guía está relacionada con la especificidad de reconocimiento y tiene poco que ver con la estructura secundaria o de orden superior.

El péptido guía tiene las siguientes características al transportar proteínas: ① Necesita un receptor; ② Consume ATP; ③ Necesita una chaperona molecular; ④ Necesita ser impulsado por un gradiente electroquímico; una peptidasa señal para escindir el péptido señal; ⑥ Por contacto Haga clic para ingresar ⑦ Transporte en forma no plegada;

Oxidación

La glucosa (o glucógeno) se oxida para producir CO2 y agua en condiciones aeróbicas normales. Este proceso general se llama oxidación aeróbica del azúcar. También se llama oxidación celular u oxidación biológica. Todo el proceso se divide en tres etapas: ① El azúcar se oxida a piruvato. Después de que la glucosa ingresa a la célula, sufre una serie de reacciones catalíticas enzimáticas y finalmente genera piruvato. Este proceso se lleva a cabo en el citoplasma y es un proceso que no consume energía. ② El piruvato ingresa a las mitocondrias y se descarboxila en la matriz para generar; acetil CoA; ③ Acetil CoA CoA entra en el ciclo del ácido tricarboxílico y se oxida por completo.

Glucólisis

Proceso de producción de piruvato a partir de glucosa en condiciones anaeróbicas. Este proceso tiene lugar en el citoplasma y es un proceso que no consume oxígeno.

Ciclo del ácido cítrico

El acetil CoA y el oxaloacetato se condensan en ácido cítrico con tres grupos carboxilo. El ácido cítrico sufre una serie de reacciones y se oxida y descarboxila nuevamente. y ácido succínico, se degrada aún más en oxaloacetato. Los tres átomos de carbono del piruvato que participan en este ciclo solo utilizan la unidad de dos carbonos en una molécula del grupo acetilo cada vez y finalmente generan dos moléculas de CO2 y liberan una gran cantidad de energía.

Portadores de electrones

Las sustancias que se combinan con los electrones liberados durante el proceso de transferencia de electrones y transfieren los electrones se denominan portadores de electrones. Hay cuatro tipos de transportadores de electrones involucrados en la transferencia: flavoproteína, citocromo, proteína hierro-azufre y coenzima Q. Entre estos cuatro tipos de transportadores de electrones, a excepción de la coenzima Q, los centros redox que aceptan y donan electrones están todos conectados a proteínas. base protésica.

Flavoproteínas

Las flavoproteínas son enzimas compuestas por un polipéptido combinado con un grupo protésico. El grupo protésico combinado puede ser FAD o FMN, que son vitaminas derivadas de la B2, cada grupo protésico puede aceptar. y donar dos protones y electrones. Las flavoproteínas de las mitocondrias son principalmente NADH deshidrogenasa en la cadena de transporte de electrones y succinato deshidrogenasa en el ciclo del TCA.

Citocromos

Los citocromos son un tipo de proteína que contiene grupos protésicos hemo. El grupo hemo está compuesto por un anillo de porfirina combinado con un átomo de hierro (el átomo de hierro se encuentra en el centro del anillo). A diferencia de NAD+ y FAD, durante el proceso redox, los átomos de hierro del grupo hemo pueden transferir electrones individuales en lugar de pares. El hierro en el hemo transfiere electrones mediante cambios en los dos estados de Fe3+ y Fe2+. Durante la reacción de reducción, el átomo de hierro cambia del estado Fe3+ al estado Fe2+; durante la reacción de oxidación, el átomo de hierro cambia de Fe2+ a Fe3+. Hay al menos cinco tipos de citocromos en la cadena de transporte de electrones: a, a3, b, cy c1. Las diferencias entre ellos radican en los sustituyentes en el grupo hemo y en la secuencia de aminoácidos de la proteína.

Proteínas hierro-azufre (proteína Fe/S)

Las proteínas hierro-azufre son proteínas que contienen hierro y también proteínas del citocromo. Lo que se combina en el centro de la molécula de proteína hierro-azufre no es hemo sino hierro y azufre, que se denominan centros hierro-azufre. Los más comunes contienen cuatro átomos en el centro de la proteína, dos de los cuales son de hierro y los otros dos de azufre, llamados [2Fe-2S], u ocho átomos en el centro de la proteína, de los cuales cuatro son de hierro y el otros dos. Cuatro son azufre, llamados [4Fe-4S], y están unidos a residuos de cisteína en la proteína a través del azufre. Aunque hay múltiples átomos de hierro en la proteína hierro-azufre, todo el complejo solo puede aceptar y transferir un electrón a la vez, y también depende de los cambios cíclicos del estado Fe3+ Fe2+ para transferir electrones.

Quinona (uniquinona UQ) o coenzima Q (coenzima Q)

La coenzima Q es una molécula liposoluble que contiene una larga cadena hidrofóbica compuesta por pentilenglicol de cinco carbonos. Al igual que las flavoproteínas, cada quinona puede aceptar y donar dos electrones y protones. La parcialmente reducida se llama semiquinona y la completamente reducida se llama quinona completa (UQH2).

Potenciales de oxidación-reducción (potenciales redox)

Ya que diferentes agentes reductores tienen diferentes potenciales de transferencia de electrones, y la oxidación y la reducción están acopladas, como el NAD+ y el NADH. La principal diferencia entre ellos. es el número de electrones, por lo que existe una diferencia de potencial entre ambos, es decir, el potencial de reducción del oxígeno. Los pares de iones o moléculas que forman el redox se llaman pares redox o pares redox. El potencial de reducción de oxígeno se mide en condiciones estándar para obtener potenciales de oxidación-reducción estándar (E0'). Cuanto menor sea el valor del potencial redox estándar, mayor será la capacidad de proporcionar electrones. Las llamadas condiciones estándar se refieren a una concentración de reacción 1 M, 25 °C, pH 7,0 y 1 atmósfera. El potencial redox medido se expresa en voltios (V).

Cadena respiratoria

También conocida como cadena de transporte de electrones, es un complejo de enzimas en la membrana interna de la mitocondria. Su función es realizar la transferencia de electrones, la transferencia de H+ y la utilización de oxígeno, y finalmente producir H2O y ATP.

Complejo I (complejo I)

El complejo I también se llama NADH deshidrogenasa (NADH deshidrogenasa) o complejo NADH-CoQ reductasa. Su función es catalizar la eliminación de un par de electrones. del NADH se entrega a la CoQ, que es el complejo proteico más grande de la membrana mitocondrial interna, una proteína transmembrana y el complejo menos comprendido de la cadena respiratoria. El complejo I de mamíferos contiene 42 subunidades diferentes, con una masa molecular relativa total de casi 1000 kDa. Siete de las subunidades son proteínas transmembrana hidrofóbicas codificadas por genes mitocondriales. El complejo I contiene flavoproteína (FMN) y al menos 6 centros de hierro-azufre. Cuando se transfieren un par de electrones del complejo I, se transfieren cuatro protones al espacio intermembrana.

Complejo II (complejo II)

El complejo II también se llama succinato deshidrogenasa (succinato deshidrogenasa) o complejo enzimático succinato-CoQ. Su función es catalizar la eliminación de electrones del succinato. entregado a la coenzima Q, que se compone de varios polipéptidos diferentes, dos de los cuales constituyen la succinato deshidrogenasa y son proteínas unidas a la membrana. El complejo II participa en la vía de transferencia de electrones de baja energía, transfiriendo electrones del ácido succínico a la CoQ a través de FAD. El complejo II transfiere electrones sin transferencia de hidrógeno.

Complejo III (complejo III)

El complejo III también se denomina complejo CoQH2-citocromo c reductasa, con una masa molecular relativa total de 250 kDa. Contiene 1 citocromo c1, 1 citocromo b (con dos grupos hemo) y 1 proteína hierro-azufre, de las cuales el citocromo b está codificado por el gen mitocondrial. El complejo III cataliza la transferencia de electrones de la coenzima Q al citocromo c, y por cada par de electrones transferidos, se transfieren 4 H+ al espacio intermembrana al mismo tiempo.

Complejo IV (complejo IV)

El complejo IV también se llama citocromo c oxidasa (citocromo c oxidasa). La masa molecular relativa total es de 200 kDa. El complejo IV existe en forma de dímero. Sus subunidades I y II contienen cuatro centros redox (centros redox activos) y dos citocromos tipo a (que contienen uno a y uno a3) y dos Cu. La función principal es transferir electrones del citocromo c a las moléculas de O2 para generar H2O: 4cyt c2+ + O2 + 4H+ → 4cyt c3+ + 2H2O. Por cada par de electrones transferidos, se toman 4 protones de la matriz mitocondrial, dos de los cuales se utilizan para la formación de agua y los otros dos protones se transportan a través de la membrana hasta el espacio intermembrana.

Gradiente electroquímico

El transporte de protones a través de la membrana interna hasta el espacio intermembrana es también una electrogénesis, es decir, el proceso de generación de voltaje. Debido a que el transporte de protones a través de la membrana acumula una gran cantidad de protones en el espacio intermembrana, se establece un gradiente de protones. Debido al establecimiento del gradiente de protones en el espacio de la membrana, se producen dos cambios significativos a ambos lados de la membrana interna: se genera una gran cantidad de cargas positivas en el espacio de la membrana mitocondrial y una gran cantidad de cargas negativas en el espacio de la membrana mitocondrial. matriz mitocondrial, lo que provoca que se forme una diferencia de potencial en ambos lados de la membrana interna. La diferencia en la concentración de iones de hidrógeno en ambos lados crea un gradiente de pH (ΔpH), y estos dos gradientes se denominan colectivamente gradiente electroquímico. El establecimiento de gradientes electroquímicos en ambos lados de la membrana mitocondrial interna puede formar una fuerza motriz de protones (Δp), que puede convertirse en energía química y almacenarse siempre que existan las condiciones adecuadas.

Gradiente electroquímico

El transporte de protones a través de la membrana interna hasta el espacio intermembrana es también una electrogénesis, es decir, el proceso de generación de voltaje. Debido a que el transporte de protones a través de la membrana acumula una gran cantidad de protones en el espacio intermembrana, se establece un gradiente de protones.

Debido al establecimiento del gradiente de protones en el espacio de la membrana, se producen dos cambios significativos a ambos lados de la membrana interna: se genera una gran cantidad de cargas positivas en el espacio de la membrana mitocondrial y una gran cantidad de cargas negativas en el espacio de la membrana mitocondrial. matriz mitocondrial, lo que provoca que se forme una diferencia de potencial en ambos lados de la membrana interna. La diferencia en la concentración de iones de hidrógeno en ambos lados crea un gradiente de pH (ΔpH), y estos dos gradientes se denominan colectivamente gradiente electroquímico. El establecimiento de gradientes electroquímicos en ambos lados de la membrana mitocondrial interna puede formar una fuerza motriz de protones (Δp), que puede convertirse en energía química y almacenarse siempre que existan las condiciones adecuadas.

ATP sintasa

El ATP, o complejos F0F1, tiene la actividad de la ATP hidrolasa en estado aislado y tiene la actividad de la ATP hidrolasa en estado combinado. La actividad de la ATP sintasa es. una ATPasa tipo F. Además de la ATP sintasa en las mitocondrias, los tilacoides de los cloroplastos de las plantas y las bacterias aeróbicas tienen homólogos de la ATP sintasa. La composición molecular y las principales características de la ATP sintasa son:

Cabeza: La cabeza es F1 de. Las ATP sintasas bacterianas y mitocondriales son proteínas solubles en agua con estructuras similares. Están compuestas por un nonámero (α3β3γδε) compuesto por 5 polipéptidos (α, β, γ, δ y ε), y la subunidad α forma una disposición esférica con. la subunidad β, y la cabeza contiene tres sitios para catalizar la síntesis de ATP, uno para cada subunidad β.

Mango: El mango está compuesto por la subunidad γ y la subunidad ε de F1, que conectan la cabeza y la base. La subunidad gamma pasa a través de la cabeza y sirve como eje para la rotación de la cabeza. La subunidad b, que forma la base, se extiende hacia afuera para formar parte del mango.

Parte base: La parte base se llama F0, que está compuesta por proteínas hidrofóbicas incrustadas en la membrana mitocondrial interna. Es un pentámero compuesto por 3 subunidades diferentes (1a:2b:12c). Entre ellos, la subunidad c forma un anillo para el movimiento del material en la membrana, la subunidad b pasa a través del mango para fijar F1; la subunidad a es un canal de transporte de protones, que permite que los protones se transporten a través de la membrana.

Fosforilación oxidativa

La conversión de energía y formación de ATP que se produce junto con el proceso de oxidación de la cadena respiratoria en las células vivas se denomina fosforilación oxidativa.

Hipótesis del acoplamiento quimiosmótico

Hipótesis propuesta por el bioquímico británico P. Mitchell en 1961 para explicar el mecanismo de acoplamiento de la fosforilación oxidativa. Esta teoría cree que durante el proceso de transferencia de electrones, los protones se transfieren desde la capa interna a la capa externa de la membrana mitocondrial interna, formando un gradiente de iones de hidrógeno a través de la membrana. Esta energía potencial impulsa la reacción de fosforilación oxidativa (que proporciona energía) y se sintetiza. ATP. Esta teoría ha sido probada mediante numerosos experimentos, fue reconocida y ganó el Premio Nobel en 1978. La teoría de la quimiosmosis puede explicar bien la relación entre la transferencia de electrones, el establecimiento del gradiente electroquímico de protones y la fosforilación de ADP en la membrana mitocondrial interna.

Hipótesis del endosimbionte

Una teoría sobre el origen de las mitocondrias. Se cree que las mitocondrias se derivan de bacterias, es decir, después de que las bacterias son fagocitadas por los eucariotas, evolucionan hasta convertirse en mitocondrias durante el proceso de crecimiento a largo plazo. Esta teoría sostiene que las protomitocondrias, el antepasado de las mitocondrias (una bacteria Gram negativa que puede realizar el ciclo del ácido tricarboxílico y la transferencia de electrones), fue engullida por eucariotas primitivos y luego formó una relación reproductiva con el huésped. En la relación biológica, es beneficioso tanto para el organismo como para el huésped: las protomitocondrias pueden obtener más nutrientes del huésped y el huésped puede obtener más energía tomando prestada la función de descomposición oxidativa de las protomitocondrias.

La teoría de la diferenciación no endógena

También conocida como teoría de la diferenciación intracelular. Se cree que la aparición de mitocondrias es el resultado de la invaginación de la membrana plasmática. Existen varios modelos, entre los que el modelo de Uzzell cree que: en la etapa inicial de la evolución, el genoma de la célula procariótica se replica, sin ir acompañado de división celular, pero la membrana plasmática cercana al genoma se invagina para formar una doble membrana que rodea el genoma separado. En la estructura de estas dobles membranas se forman núcleos de células primitivas, mitocondrias, cloroplastos y otros orgánulos que pueden tener estructuras similares.

Posteriormente, en el proceso de evolución, se intensificó la diferenciación, la membrana nuclear perdió la respiración y la fotosíntesis y las mitocondrias se convirtieron en el órgano respiratorio de la célula. Esta teoría explica el proceso gradual de evolución de la membrana nuclear.

El origen de las mitocondrias textuales

Actualmente existen dos hipótesis diferentes, la hipótesis endogenética y la hipótesis de diferenciación

La hipótesis endogenética: La parte inferior del cuerpo se deriva de bacterias aeróbicas que fueron fagocitadas por preeucariotas primitivos; estas bacterias evolucionaron con los preeucariotas y evolucionaron hasta convertirse en mitocondrias durante el proceso a largo plazo de su desarrollo.

Hipótesis de diferenciación: Las mitocondrias se producen durante el proceso de evolución debido a la invaginación de la membrana plasmática y se forman tras la rediferenciación.