Las Mitocondrias

Las centrales de energa de las clulas: mitocondrias y cloroplastos

Fig. 3-2 Essential Cell Biology (Garland 2010)Bioenergtica celular:catabolismo y anabolismo

Fig. 13-2 Essential Cell Biology (Garland 2010)Las 3 etapas principales del catabolismo celular

Figure 11.1 Structure of a mitochondrionUltraestructura de las mitocondrias

Acumulacin de mitocondrias en lugares de alto consumo de ATPespermatozoide

Las mitocondrias se alineancon los microtbulosN de mitocondrias/clulaCerebro, msculo: ~ 2.000Hgado: ~ 1.000Piel: ~ 200Clulas sanguneas: < 100

Fusin y Fisin mitocondrial

Mitocondria 3D

Probable origen filogentico de las mitocondrias(hace unos 1.500 x 106 aos)

1-2 mm0,1-0,5 mmEstructura de una mitocondria

Anatoma de una mitocondria

La membrana externa (OM)Anatoma de una mitocondria

Anatoma de una mitocondriaEl espacio intermembranas Citocromo c

Adenilato quinasa:ATP + AMP = 2 ADP

La membrana interna (IM)Anatoma de una mitocondria- 80% protenas, 20% lpidos

TEM de la cara interna de la IM mitocondrial

Figure 11.9 Structure of cardiolipinEstructura de la cardiolipina(20% del total de PL de la IMM)

Anatoma de una mitocondriaMatriz

Metabolismo en la matriz mitocondrialb-oxidation

e-- En la matriz se degradan el piruvato y los cidos grasos a acetil-CoA. Este se oxida a CO2 en el ciclo del cido ctrico (Krebs) y los e- se transfieren al transportador NADH.

- Los e- se transfieren desde el NADH a unos complejos de protenas que los transportan hasta el O2, que se convierte en H2O. Simultneamente se produce un transporte de protones desde la matriz hasta el espacio intermembranas.

- La ATP-sintetasa sintetiza ATP utilizando el gradiente de H+METABOLISMO OXIDATIVO EN LAS MITOCONDRIASFig. 14-7 Essential Cell Biology (Garland 2010)MATRIXintermembrane space

Origen evolutivode lasmitocondrias

Trece (13) protenas de la mitocondria se sintetizan in situpero el resto (99%) estn codificadas por el DNA nuclear.

Estas protenas se sintetizan en el citosol y se importan a las mitocondrias gracias a secuencias especficas de aminocidos.Origen de las protenas mitocondriales

Organizacin del DNA mitocondrial (mtDNA) humano 2 genes rRNA 22 genes tRNA 13 genes de protenas: 7 C-I, 1 C-III, 3 C-IV, 2 C-V

Secuencia seal de importacin de la COX IV a las mitocondrias(presecuencia)hlices anfipticas(20-35 aa)Seal unida a un receptor de importacin

Figure 11.4 Import of mitochondrial matrix proteinsImportacin de protenas a la matriz mitocondrialHsp 60 +

Importacin de protenas que poseen presecuencias para diferentes localizaciones mitocondriales

Importacin de protenas a la membrana interna mitocondrial

Importacin de protenas a la membrana externa mitocondrialSorting & Assembly Machinery

Fig. 14-8 Essential Cell Biology (Garland 2010)Transformacin mitocondrial de la Equimica de los nutrientes en ATPElectron transport

El ciclo del cido ctrico(ciclo de Krebs)transporte etransporte etransporte etransporte e

Donacin/acepcin de electrones por el NADH/NAD+

La cadena de transporte electrnicoTransporte de electrones desde el CIOMMIMM

Transporte de electrones desde el CIIIMMOMM

La produccin de energa (ATP) por las mitocondrias:quimiosmosisMATRIZEspaciointermembrana

El gradiente electroqumico de protonesDYm= -140 mV

La ATP sintasa mitocondrial (complejo V) puede convertirla energa electroqumica en ATP o viceversaMATRIXIMS

La ATP sintasa

La ATP sintasa en accin

Transportadores en la membrana interna mitocondrial

Mitocondria virtual

Los Peroxisomas

Descubiertos en 1960- por Ch. de Duve (microcuerpos) orgnulos esferoides de membrana simple en hepatocitos ( ~ 0,5 mm) todos contienen las enzimas:- D-aa oxidasa- urato oxidasa (sea de identidad en TEM) - catalasa (40% de las protenas) en la mayora de las clulas, los PEX tienen ~ 0,15-0,25 mm son lugares de utilizacin de oxgeno (O2 y H2O2)- importantes en la b-oxidacin de cidos grasos en eucariotas unicelulares y plantas, su contenido enzimtico puede ser especializado (ej. glioxisomas, glicosomas) Enfermedades metablicas: Zellweger (carencia de peroxisomas), adrenoleucodistrofia ligada a ch X (no captan ac. grasos)Peroxisomas (PEX)

TEM de peroxisomas en un hepatocito de rataurato oxidasa

Los Peroxisomas en las clulasclula humana(~500 /clula)levadura

Distribucin de los peroxisomas en las clulas vivas (GFP-SKL)InterfaseMitosis

Etapa inicial de la oxidacin de loscidos grasos en los peroxisomasEn clulas de mamferos: cidos grasos (poli)insaturados- cidos grasos muy largos (>C20)En levaduras y clulas vegetales:- todos los tipos de cidos grasos

Induction of yeast peroxisomes over a 20 h-period in oleic acid (18:1, n-9), visualized with Pot1p-GFP5 m123546Rout, J. Cell Biol. 181: 185 (2008)

Un plasmalgeno(ter lipdico)Los PEX sintetizan plasmalgenos~ 80-90% lpidos de la mielina

Adrenoleucodistrofia ligada al cromosoma X (X-ALD)Lorenzo Odone (May 29, 1978 -May 30, 2008)Causada por un defecto en el gen ABCD1, que codifica una protena de membrana que transporta los cidos grasos de cadena larga para su oxidacin en el peroxisoma. (1/2000 nacimientos de varones). Los cidos grasos se acumulan y se produce dao de la glndula suprarrenal y en el SNC. Se produce desmielinizacin y prdida progresiva de la transmisin neuronal.Tratamientos experimentales:

-Aceite de Lorenzo: Mezcla 4:1 gliceril trioleato (18:1,n-9) y gliceril trierucato (22:1,n-9) combinado con una dieta baja en cidos grasos de cadena muy larga.

-Transplante de mdula. Parece eficaz en pacientes muy jvenes y asintomticos.

-Terapia gnica. Restauracin del gen ABCD1. 2 casos descritos en la revista Science (noviembre 2009)PEROXISOMAS

Cooperacin metablica entre cloroplastos,mitocondrias y peroxisomas en la clula vegetalLa Rubisco puede utilizar O2 como sustrato en vez de CO2 (fotorrespiracin), generando un compuesto de 2C (glicolato) que se exporta a los peroxisomas.A partir de 2 molculas de glicolato (4C), los peroxisomas, con ayuda de las mitocondrias recuperan los 3 de los 4 carbonos perdidos a causa de la fotorrespiracin

Biognesis de los peroxisomasProtenas peroxisomales:Peroxinas (Pex)

Importacin de proteinas a los peroxisomasSchliebs et al., Nature Rev. Mol. Cell Biol. 11: 885 (2010) Pex5PTS: peroxisomal targeting sequencePTS1: -SKL en C-terminalperoxisomas (P) en Hansenula polymorpha

Ma C et al. J Cell Biol 2011;193:7-16Importacin de protenas a la matriz peroxisomal

Ma C et al. J Cell Biol 2011;193:7-16Contribucin del ER a la biognesis de los peroxisomasFusinFisin

Cell5e-Fig-11-01-0.jpg Cell5e-Fig-11-09-0.jpg Cell5e-Fig-11-04-0.jpg Cell5e-Fig-11-07-0.jpg Cell5e-Fig-11-06-0.jpg Cell5e-Fig-11-08-0.jpg Cell5e-Fig-11-12-0.jpg The import of peroxisomal matrix proteins. The process may be divided into distinct steps (white numbers in closed black circles). Bold numbers indicate corresponding Pex proteins. The steps are: (1) Receptorcargo interaction in the cytosol (PTS2 pathway is not depicted). (2) Receptorcargo docking at the peroxisomal membrane with the docking subcomplex, inducing the assembly of the translocon. (3) Translocation of the receptorcargo complex across the membrane followed by the dissociation of the receptorcargo complex; i.e., cargo release. (4) Export of cargo-free receptors from the peroxisome matrix to the membrane. (5a) Monoubiquitination of the receptor on a cysteine by Pex4 and Pex2 (for receptor recycling) or (5b) polyubiquitination of the receptor on a lysine by Ubc4/5 and Pex10/12 (for degradation by the RADAR pathway). (6a) Receptor recycling from the peroxisome membrane back to the cytosol by the action of the AAA ATPases (Pex1 and Pex6) and ATP hydrolysis, or (6b) degradation of a receptor that is blocked from recycling via the RADAR pathway involving the proteasome. (7) Deubiquitination of the receptor before the next round of import. The squiggly line on Pex5 denotes its disordered N-terminal segment.Contribution of the ER to peroxisome biogenesis. Most, if not all, PMPs are first imported into the ER through the Sec61/SSH1 translocon or the GET3 complex (left inset), are sorted into a pre-peroxisomal compartment, and bud out in a Pex3/Pex19-dependent manner to form pre-peroxisomal vesicles (right inset). These vesicles can form mature peroxisomes after fusion, dependent on Pex1/Pex6 (Titorenko and Rachubinski, 1998) and matrix protein import (de novo pathway). The de novo pathway repopulates cells with peroxisomes in the biogenesis mutants (e.g., pex3/pex19) lacking the organelle when corresponding genes are reintroduced (Elgersma et al., 1997; Fang et al., 2004; Tam et al., 2005; Hoepfner et al., 2005; Motley and Hettema, 2007; Motley et al., 2008; Perry et al., 2009; van der Zand et al., 2010). Alternatively, the pre-peroxisomal vesicles fuse with divided peroxisomes generated from preexisting mature peroxisomes. Peroxisome division requires Pex11 and a specific set of DRPs. In plants, retrograde trafficking from peroxisomes to the ER has been described (McCartney et al., 2005).