¿Qué son las adenoides?

Las mitocondrias fueron descubiertas en 1850 y nombradas en 1898. Las mitocondrias están cubiertas 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. El sustrato contiene todas las enzimas necesarias para el ciclo del ácido tricarboxílico y la membrana interna contiene enzimas de la cadena respiratoria y complejos de ATPasa. Las mitocondrias son los principales sitios para la fosforilación oxidativa y la producción de ATP en las células y se denominan "fábricas de energía" 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 que la mitocondria es solo un orgánulo semiautónomo.

Las mitocondrias presentan diversas formas, generalmente lineales, granulares o de filamentos cortos. El diámetro de las mitocondrias es generalmente de 0,5 a 1,0 micrones y la longitud varía mucho, generalmente de 1,5 a 3 micrones, y la longitud puede alcanzar los 10 micrones. Sin embargo, las mitocondrias de los fibroblastos humanos son más largas, a veces tienen hasta 40 micrones. Diferentes longitudes bajo diferentes condiciones Aparecen mitocondrias anormalmente agrandadas, llamadas megamitocondrias. En la mayoría de las células, las mitocondrias están distribuidas uniformemente por todo el citoplasma, pero en algunas células, las mitocondrias están distribuidas de manera desigual y, a veces, 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, hay muchas mitocondrias en la base de los espermatozoides, flagelos, cilios y células de los túbulos renales. Las mitocondrias no solo se distribuyen en áreas que requieren ATP, sino que también se concentran en áreas con muchos sustratos para reacciones de oxidación, como las gotas de grasa, porque mucha grasa en las gotas de grasa necesita ser oxidada.

Forma y Distribución

Las mitocondrias generalmente tienen forma granular o de bastón, pero dependiendo de la especie biológica y el estado fisiológico, también pueden tener forma de anillo, de mancuerna, lineal, en forma de rama u otras formas. 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 y se denominan mitocondrias gigantes. El número suele ser de cientos a miles. El número de mitocondrias en las plantas es relativamente pequeño debido a los cloroplastos, hay alrededor de 1.300 mitocondrias en las células del hígado, que representan el 20% del volumen celular. Sólo hay un flagelado unicelular, y las células de levadura tienen una gran rama de mitocondrias con una enorme deformación que llega a 500.000; muchos mamíferos no tienen mitocondrias en sus glóbulos rojos maduros. Generalmente combinado con vasos sanguíneos y distribuido en áreas con fuerte función celular. Por ejemplo, está distribuido uniformemente en las células del hígado, paralelo o en forma de rejilla en las células del riñón, bipolar en las células epidérmicas intestinales, concentrado en la parte superior e inferior y distribuido en el medio del flagelo en los espermatozoides. Las mitocondrias pueden migrar a áreas funcionales del citoplasma, utilizando microtúbulos como guías, impulsados ​​por proteínas motoras.

Ultraestructura

Las mitocondrias están rodeadas por membranas interna y externa, incluyendo membrana externa, membrana interna, espacio intermembrana y matriz. El contenido de proteínas en las mitocondrias de las células hepáticas es el siguiente: matriz 67%, íntima 21%, membrana externa 8% y espacio intermembrana 4%.

1. La membrana externa contiene un 40% de lípidos y un 60% de proteínas. Tiene un canal hidrófilo compuesto por porinas, permitiendo el paso de moléculas con un peso molecular inferior a 5KD, y moléculas con un peso molecular. de menos de 1KD Pasa libremente. La enzima marcadora es la monoaminooxidasa. Es una estructura unitaria de membrana rodeada de mitocondrias. Tiene 6 nm de espesor, es plano y liso, y tiene proteínas macroporosas, que pueden permitir el paso de moléculas con un peso molecular relativo 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 polipéptidos y la proporción de proteínas a lípidos es superior a 3:1. Tiene un alto contenido de cardiolipina (hasta un 20%), carece de colesterol y es similar a las bacterias. La permeabilidad es muy baja y sólo permite el paso de pequeñas moléculas sin carga. Las moléculas e iones grandes requieren un sistema de transporte especial para atravesar la membrana interna. Por ejemplo, el piruvato y el pirofosfato se transportan a través de gradientes de H+. La cadena de transporte de electrones de la fosforilación oxidativa mitocondrial se encuentra en la membrana interna, por lo que la membrana interna desempeña un papel importante en la conversión de energía. La enzima característica de la membrana interna es la citocromo c oxidasa. Es una estructura de membrana unitaria ubicada en la capa interna de la membrana externa, con un espesor de aproximadamente 6 nm. La permeabilidad de la membrana interna a las sustancias es muy baja y sólo pueden pasar sustancias moleculares pequeñas 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 proteínas funcionales: ① Enzimas que realizan reacciones de oxidación en la cadena respiratoria; ② Complejo ATP sintasa ③ Algunos transportadores especiales regulan la exportación e importación de metabolitos en la matriz.

3. El espacio de la membrana es la cavidad entre la íntima y la adventicia, 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 conectados al 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 y crestas internas, y contiene grandes cantidades de proteínas y lípidos. En la matriz también están presentes enzimas que catalizan la oxidación de ácidos grasos y piruvato en el ciclo de Krebs. Además, también contiene ADN mitocondrial, ribosomas mitocondriales, ARNt, ARNr y diversas enzimas expresadas por genes mitocondriales. La enzima marcadora en la matriz es la malato deshidrogenasa.

4. El estroma es el espacio rodeado por la íntima y las crestas. Además de la glucólisis en el citoplasma, en las mitocondrias se llevan a cabo otros procesos biológicos oxidativos. Las enzimas que catalizan el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y la oxidación de ácidos grasos y piruvato se encuentran en la matriz, y su enzima característica es la malato deshidrogenasa. Matrix cuenta con un completo sistema de transcripción y traducción. Incluyendo ADN mitocondrial (ADNmt), ribosomas 70S, ARNt, ARNr, ADN polimerasa, enzima activadora de aminoácidos, etc. La matriz también contiene fibras y partículas densas con alta densidad electrónica, y contiene plasma de Ca2+, Mg2+ y Zn2+. La estructura formada por el plegamiento de la membrana mitocondrial interna hacia la matriz se llama crestas, y la formación de crestas aumenta en gran medida el área de superficie de la membrana interna. Las crestas se disponen de dos formas: una laminar y la otra tubular. En las células animales superiores, están dispuestas principalmente en láminas, en su mayoría perpendiculares al eje longitudinal de las mitocondrias. Las disposiciones tubulares son comunes en protozoos y plantas. El número, la forma y la disposición de las crestas mitocondriales varían mucho entre los diferentes tipos de células. En general, las células que requieren más energía no sólo tienen más mitocondrias sino también más crestas mitocondriales. Hay muchas partículas dispuestas regularmente en las crestas de la membrana mitocondrial interna, llamadas partículas mitocondriales, y la distancia entre cada partícula es de aproximadamente 10 nm. La partícula básica, también conocida como factor de acoplamiento 1 (denominado F1), es en realidad ATP sintasa, también conocida como complejo f0f 1 ATPasa, que es un complejo de múltiples componentes.

Las mitocondrias son semiautónomas

Después de que M. y S. Nass descubrieran el ADN mitocondrial en 1963, se descubrió un conjunto completo de equipos para la replicación del ADN, la transcripción y la traducción de proteínas en las mitocondrias. como el ADN (ADNmt polimerasa, ARN polimerasa, 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. Existen Más de 1.000 proteínas en las mitocondrias. Entre ellas, solo una docena se sintetizan por sí mismas. Las proteínas ribosómicas mitocondriales, las aminoacil-tRNA sintetasas y muchas proteínas estructurales están codificadas por genes nucleares, se sintetizan en el citoplasma y se dirigen a las mitocondrias, por lo que las mitocondrias se denominan semi. -autónomas.

Las mitocondrias son muy similares a las bacterias en cuanto a morfología, reacciones de tinción, composición química, propiedades físicas, estados de actividad y sistemas genéticos, por lo que se especula que las mitocondrias son de origen endógeno. Las bacterias pueden haber evolucionado hasta convertirse en las mitocondrias actuales en una vida mutuamente beneficiosa a largo plazo después de ser engullidas por células eucariotas primitivas. Las bacterias aeróbicas perdieron gradualmente su independencia durante el proceso de evolución y transfirieron una gran cantidad de información genética a las células huésped, formando semi. -mitocondrias autónomas.

El sistema genético mitocondrial tiene muchas características similares a las bacterias, tales como: ① El ADN es una molécula circular sin intrones ② El ribosoma es del tipo 70S; Inhibido, pero no inhibido por la actinomicina D; ④ el ARNt y la aminoacil ARNt sintetasa son diferentes de los del citoplasma ⑤ El aminoacil ARNt inicial sintetizado en la proteína es el N-formilsulfonil ARNt, que es resistente al cloro, inhibidor de la síntesis de proteínas bacterianas. sensible a la micina e insensible al inhibidor de la síntesis de proteínas citoplasmáticas cicloheximida.

Además, el código genético del ADNmt de los mamíferos se diferencia del código genético universal en los siguientes aspectos: ① UGA no es una señal de terminación, sino una señal de terminación. un triptófano. Código ácido; ② La metionina en el polipéptido está codificada por dos codones, AUG y AUA, y la metionina inicial está codificada por cuatro codones, AUG, AUA, AUU y AUC. Hay cuatro codones de parada en el sistema de codificación mitocondrial (UAA, UAG, AGA, AGG).

El ADNmt tiene una tasa de mutación más alta que el ADN nuclear y carece de capacidad de reparación, como la hereditaria de Leber. la neuropatía óptica, la epilepsia mioclónica, etc., están relacionadas con mutaciones de genes mitocondriales.

Proliferación mitocondrial

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

1. Durante la división, la membrana interna se pliega primero hacia el centro y las mitocondrias se dividen en dos tipos, que son comunes en el hígado de ratón y en el tejido vegetal.

2. Se separa tras la contracción, se encuentra en las mitocondrias de los helechos y las levaduras.

3. Brotación, que se encuentra en la levadura y el musgo, aparecen pequeños cogollos en las mitocondrias, que crecen y se convierten en mitocondrias después de caerse.

Las mitocondrias son lineales, con forma de bastón largo, ovaladas o redondas, y están rodeadas por una membrana de doble límite. La membrana exterior es lisa y la membrana interior está plegada en crestas de diferentes longitudes, unidas a la grana. Entre las membranas interna y externa se encuentra la cámara externa de las mitocondrias, que está conectada a la cavidad interna de las crestas, y la cámara interna (cámara de la matriz) es la membrana limitante interna. En las células endocrinas que sintetizan hormonas esteroides (como las células adrenocorticales, las células foliculares ovaladas, las células de Leydig, etc.), las crestas mitocondriales son tubulares. La permeabilidad de las membranas interior y exterior es diferente. La membrana externa tiene una alta permeabilidad, lo que permite el paso de muchas sustancias, mientras que la membrana interna forma una barrera de permeabilidad obvia, lo que hace completamente imposible el paso de algunas sustancias como la sacarosa y el NADH, mientras que otras sustancias como el Na+ y el Ca 2+ Sólo se puede transportar mediante un pase de transporte activo. La matriz de las mitocondrias contiene partículas no estructurales densas en electrones (partículas de matriz), que tienen una alta afinidad por cationes divalentes como Ca2+ y Mg2+. En la matriz se producen la oxidación beta, 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; en la membrana limitante interna, hay fosforilasa de cadena respiratoria y oxidativa.

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

1. La vida media de las mitocondrias es de unos 10 días. Las mitocondrias en descomposición se pueden reponer dividiendo las mitocondrias restantes directamente en dos. En condiciones patológicas, la proliferación mitocondrial es en realidad una respuesta adaptativa al daño celular crónico no específico o una manifestación de una función celular mejorada. Por ejemplo, la hiperplasia de las mitocondrias del miocardio en la enfermedad de las válvulas cardíacas y la hiperplasia de las mitocondrias del músculo esquelético en los trastornos de la circulación sanguínea periférica acompañada de claudicación intermitente.

La reducción del número mitocondrial se observa en casos de desmontaje o autólisis mitocondrial durante una lesión celular aguda que dura aproximadamente 65.438 ± 05 minutos. Debido a la proliferación gradual de las mitocondrias durante una lesión crónica, las mitocondrias generalmente no disminuyen (ni siquiera aumentan). Además, la reducción de las mitocondrias también es un signo de inmadurez y/o desdiferenciación celular.

2. Cambios de tamaño El cambio más común en el daño celular es el agrandamiento de las mitocondrias. Según la localización de la afectación mitocondrial, se puede dividir en dos tipos: inflamación de la matriz e inflamación de las crestas, siendo más común la primera. Cuando la matriz se hincha, 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). En condiciones de hinchazón extrema, las mitocondrias pueden transformarse en pequeñas estructuras similares a vacuolas. Este tipo de hinchazón forma parte del edema celular. Las pequeñas partículas de las llamadas células turbias e hinchadas que se ven al microscopio óptico son mitocondrias hinchadas. La hinchazón de las crestas es rara. En este momento, la hinchazón se limita al espacio interno de la cresta, haciendo que la cresta aplanada adquiera forma de matraz o incluso vacuolada, mientras que la matriz se vuelve más densa. La hinchazón de las crestas es generalmente reversible, pero puede transformarse de forma mixta a estromal cuando el daño de la membrana empeora.

Las mitocondrias son extremadamente sensibles al daño y su inflamación puede ser causada por muchos factores dañinos, el más común de los cuales es la hipoxia. Además, también pueden provocarla toxinas microbianas, diversos venenos, radiaciones y cambios en la presión osmótica. Pero la hinchazón leve a veces puede ser un signo de aumento de la función, mientras que la hinchazón significativa es siempre un signo de daño celular. Sin embargo, mientras la lesión no sea demasiado grave y los factores dañinos no actúen durante mucho tiempo, la hinchazón aún puede recuperarse.

El aumento de mitocondrias es en ocasiones una hipertrofia adaptativa provocada por un aumento de la carga funcional de los órganos, y en este momento el número de mitocondrias suele aumentar, como cuando se produce una hipertrofia de órganos. En cambio, cuando el órgano se encoge, disminuye la atrofia mitocondrial.

3. Los cambios estructurales en las crestas mitocondriales son indicadores evidentes del metabolismo energético, pero el aumento de las crestas no siempre va acompañado de un aumento de las enzimas de la cadena respiratoria. El aumento paralelo de la membrana de las crestas y de las enzimas refleja el aumento de la carga funcional de las células y es una manifestación del estado adaptativo; por otro lado, si los aumentos de las membranas de las crestas y de las enzimas no son paralelos, es una manifestación de la disfunción adaptativa citoplasmática; Esta vez, no hay ningún aumento en la función celular.

Durante el daño celular agudo (principalmente envenenamiento o hipoxia), las crestas de las mitocondrias se destruyen; cuando se produce un daño celular crónico subletal o una deficiencia de nutrientes, la síntesis de proteínas mitocondriales se ve obstaculizada, lo que hace que las mitocondrias sean casi incapaces de funcionar. se forman crestas.

Dependiendo del tipo y naturaleza del daño celular, se pueden formar inclusiones patológicas en la matriz o crestas mitocondriales. Algunas de estas inclusiones son cristalinas o submicroscópicas (posiblemente compuestas de proteínas) y se observan en la miopatía mitocondrial o en la distrofia muscular progresiva. Algunas son sustancias amorfas densas en electrones que son componentes mitocondriales (lípidos) cuando las células tienden a la necrosis (masa y proteínas). productos de desintegración, que se consideran manifestaciones de daño irreversible a las mitocondrias. 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 podridas o dañadas son eventualmente procesadas por autofagia y finalmente degradadas y digeridas por enzimas lisosomales.

Términos relacionados

Dirección de proteínas ()

La posición de las proteínas sintetizadas por los ribosomas libres en las células está determinada por la señal de guía de la propia proteína precursora. Diferentes tipos de señales de guía pueden guiar a las proteínas para que se localicen en orgánulos específicos, como mitocondrias, cloroplastos, núcleos y peroxisomas. Estas proteínas necesitan encontrar su propio destino después de ser sintetizadas y liberadas en los ribosomas libres, por lo que se denominan proteínas dirigidas.

Transporte postraduccional

Las proteínas sintetizadas en los ribosomas libres sólo pueden ser transportadas después de que la proteína esté completamente sintetizada y liberada al citosol, por lo que este método de transporte se denomina transferencia postraduccional. Las proteínas transportadas de esta manera incluyen algunas proteínas de 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 en diversos sistemas de reacción.

Clasificación de proteínas

Las proteínas sintetizadas en ribosomas unidos a membranas ingresan al retículo endoplásmico durante la traducción a través de péptidos señal, y luego sufren diversos procesamientos y modificaciones, de modo que se etiquetarán proteínas con diferentes destinos. diferentemente. Finalmente, serán clasificados por la red negativa del aparato de Golgi, empaquetados en diferentes tipos de vesículas y transportados a sus destinos, incluido el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, los lisosomas, la membrana plasmática, la membrana extracelular y la membrana nuclear.

La clasificación amplia de proteínas también incluye la localización de proteínas sintetizadas en ribosomas libres.

* * *Translocación de cotraducción.

Las proteínas sintetizadas en ribosomas unidos a membranas comienzan a transportarse al mismo tiempo que la traducción, principalmente a través de señales de posicionamiento. Entran en el retículo endoplásmico al mismo tiempo que la traducción, y luego se procesan y transfieren aún más. Debido a que este transporte ocurre simultáneamente con la traducción de proteínas, se llama ** transporte de traducción. Las proteínas sintetizadas en ribosomas unidos a membranas pueden transportarse y clasificarse a través de péptidos señal y sistemas de membrana continuos hasta su destino final, lo que también se conoce como clasificación de proteínas o transporte de proteínas.

Ribosomas libres (free ribosomes)

Durante todo el proceso de síntesis de proteínas, los ribosomas unidos al ARNm quedan libres (en realidad unidos al citoesqueleto), no se une al sistema endoplásmico. retículo. La razón por la que este ribosoma no se une al retículo endoplásmico es porque no hay una señal específica en la proteína sintetizada que no tenga 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 durante la etapa inicial de la síntesis de proteínas, pero a medida que se sintetiza la cadena peptídica, la Los ribosomas están guiados para unirse al retículo endoplásmico, estos ribosomas se denominan ribosomas unidos a membrana.

La unión de los ribosomas al retículo endoplásmico está determinada por la secuencia señal en el extremo N 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 una proteína sintetizada en ribosomas libres.

El péptido guía es una cadena peptídica de aproximadamente 20 a 80 aminoácidos en el extremo N-terminal de la proteína naciente. Generalmente abundan los aminoácidos básicos cargados positivamente (particularmente arginina y lisina). Si se reemplaza por aminoácidos no cargados, no desempeñará un papel guía, lo que indica que estos aminoácidos desempeñan un papel importante en el posicionamiento de las proteínas. Estos aminoácidos están dispersos entre secuencias de aminoácidos no cargados. Las secuencias peptídicas de tránsito no contienen o prácticamente no contienen aminoácidos ácidos cargados negativamente y tienden a formar hélices α anfipáticas. 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 no tiene nada que ver con la estructura secundaria o superior.

Cuando un péptido se transporta a una proteína, tiene las siguientes características: ① requiere un receptor; ③ requiere un chaperona molecular; ④ el péptido señal debe eliminarse mediante señal; peptidasa; ⑥Entrada a través de puntos de contacto; ⑦Transporte no plegable.

Oxidación (Oxidación)

En condiciones aeróbicas normales, la glucosa (o glucógeno) se oxida para producir CO2 y agua. Este proceso general se denomina oxidación aeróbica del azúcar, también conocida como 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 catalizadas por enzimas para eventualmente generar piruvato. Este proceso se lleva a cabo en el citoplasma y no consume energía. ② El piruvato ingresa a las mitocondrias y se descarboxila en la matriz para producir acetil-CoA; ③ Acetil-CoA entra en el ciclo del ácido carboxílico, completamente oxidado.

Glucólisis (Glucólisis)

El proceso de producción de piruvato a partir de glucosa en condiciones anaeróbicas. Este proceso ocurre en el citoplasma, sin oxígeno.

Ciclo del ácido cítrico

El ácido cítrico con tres grupos carboxilo se obtiene de la condensación de acetil-CoA y oxalacetato. Después de una serie de reacciones, el ácido cítrico se oxida y descarboxila una y otra vez, y luego se degrada en oxaloacetato mediante el α-cetoglutarato y el ácido succínico. Los tres átomos de carbono del piruvato que participan en este ciclo sólo utilizan dos unidades de carbono en una molécula de acetilo, lo que finalmente genera dos moléculas de CO2 y libera una gran cantidad de energía.

Portador de electrones (portador de electrones)

En el proceso de transferencia de electrones, la sustancia que se combina con los electrones liberados y se transfiere hacia abajo se llama portador de electrones. Hay cuatro tipos de transportadores de electrones involucrados en la transferencia: flavoproteína, citocromo, ferritina y coenzima Q. Entre estos cuatro transportadores de electrones, además de la coenzima Q, los centros redox que aceptan y donan electrones son grupos auxiliares conectados al grupo de proteínas.

Flavoxina ()

La flavoxina es una enzima compuesta por un polipéptido combinado con un grupo auxiliar. El grupo auxiliar combinado puede ser FAD o FMN, que son derivados de la vitamina B2. Cada grupo auxiliar 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.

Citocromo (citocromo)

El citocromo es una proteína que contiene un grupo auxiliar hemo. El grupo hemo consta de un anillo de porfirina unido a un átomo de hierro (el átomo de hierro está ubicado 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 estados Fe3+ y Fe2+. Durante la reacción de reducción, los átomos de hierro cambian del estado Fe3+ al estado Fe2+. Durante la reacción de oxidación, el hierro se convierte de Fe2+ a Fe3+. Hay al menos cinco citocromos en la cadena de transporte de electrones: A, a3, B, C y c1. La diferencia entre ellos radica en los sustituyentes del grupo hemo y la secuencia de aminoácidos de la proteína.

Proteína hierro-azufre (hierro/proteína de azufre)

La metalotioneína es una proteína que contiene hierro y una proteína del citocromo. El hierro y el azufre se combinan en el centro de la molécula de proteína hierro-azufre en lugar de hemo, lo que se denomina centro hierro-azufre. Las más comunes son las proteínas con cuatro átomos en el centro, dos de los cuales son de hierro y dos de azufre, llamadas [2Fe-2S], u ocho átomos en el centro de la proteína, cuatro de los cuales son de hierro y cuatro de los cuales son azufre, llamados [4Fe-4S], se unen a residuos de cisteína en las proteínas a través del azufre. Aunque hay muchos átomos de hierro en la ferritina, todo el complejo sólo puede aceptar un electrón y transferir un electrón a la vez. Los electrones también se transfieren a través de los cambios cíclicos del estado Fe3+ Fe2+.

Quinona UQ o Coenzima Q (Coenzima Q)

La Coenzima Q es una molécula liposoluble con una larga cadena hidrofóbica compuesta por pentanodiol. 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 holoquinona (UQH2).

Potencial de oxidación-reducción (potencial de oxidación-reducción)

Porque 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 la cantidad de electrones, por lo que existe una diferencia de potencial entre ellos, que es el potencial de reducción del oxígeno. Los pares de iones o moléculas que forman un redox se llaman pares redox o pares redox.

El potencial redox estándar (E0’) se obtiene midiendo el potencial redox en condiciones estándar. Cuanto menor sea el potencial redox estándar, mayor será la capacidad de proporcionar electrones. Las llamadas condiciones estándar se refieren a la concentración de reacción de 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 las mitocondrias. Su función es transferir electrones, transferir H+ y utilizar oxígeno, produciendo en última instancia H2O y ATP.

Complejo I (Complejo I)

El complejo I, también conocido como NADH deshidrogenasa o complejo NADH-CoQ reductasa, cataliza la transferencia de un par de electrones del NADH a la CoQ. 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 un peso molecular relativo total de casi 1000 kDa. Las siete subunidades son proteínas transmembrana hidrofóbicas codificadas por genes mitocondriales. El compuesto I contiene una flavoproteína (FMN) y al menos seis centros de hierro-azufre. Cuando se transfiere un par de electrones del complejo I, se transfieren cuatro protones al espacio intermembrana.

Complejo ⅱ (Complejo ⅱ)

El complejo ⅱ, también conocido como succinato deshidrogenasa o complejo enzimático succinato-coenzima q, cataliza la transferencia de electrones del succinato a la coenzima q, compuesto por varios Diferentes polipéptidos, dos de los cuales constituyen la succinato deshidrogenasa, son proteínas unidas a membrana. El complejo ⅱ participa en la vía de transferencia de electrones de baja energía y los electrones del ácido succínico se transfieren a CoQ a través de FAD. Cuando el complejo ⅱ transfiere electrones, no va acompañado de transferencia de hidrógeno.

Complejo ⅲ (Complejo ⅲ)

El complejo ⅲ, también conocido como complejo coenzima QH2-citocromo c reductasa, tiene un peso molecular relativo total de 250 kDa. Contiene 1 citocromo c1, 1 citocromo b (que contiene dos grupos hemo) y 1 ferritina, de los 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. Por cada par de electrones transferidos, 4 H+ se transfieren al espacio intermembrana al mismo tiempo.

Complejo IV (Complejo IV)

El complejo IV también se llama citocromo c oxidasa. El peso molecular relativo total es de 200 kDa. El complejo ⅳ existe en forma de dímero, y sus subunidades ⅰ y ⅱ contienen cuatro centros activos redox, dos citocromos de tipo A (que contienen 1 A y 1 a3) y dos Cu. Su función principal es transferir electrones del citocromo c a moléculas de O2 para generar H2O: 4 cytc 2 ++ O2+4h+→4 cytc 3 ++ 2h2o. Por cada par de electrones transferidos se obtienen cuatro protones de la matriz mitocondrial, dos de los cuales se utilizan en la formación de agua y los otros dos protones se transportan a través de la membrana hasta el espacio intermembrana.

Gradiente electroquímico (gradiente electroquímico)

El transporte de protones a través de la membrana interna hasta el espacio intermembrana también es un proceso electrogénico, es decir, el proceso de generación de voltaje. Debido a que los protones se transportan a través de la membrana, una gran cantidad de protones se acumulan en el espacio intermembrana, estableciendo un gradiente de protones. Debido al establecimiento del gradiente de protones en el espacio de la membrana, se produjeron dos cambios significativos en ambos lados de la membrana interna: se generó 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 resulta en una diferencia de potencial en ambos lados de la membrana interna; en segundo lugar, hidrógeno en ambos lados. La diferencia en la concentración de iones crea un gradiente de pH (δpH); Estos dos gradientes se denominan colectivamente gradientes electroquímicos. El establecimiento de un gradiente electroquímico en ambos lados de la membrana mitocondrial interna puede formar una fuerza motriz de protones (δ P), que puede convertirse en almacenamiento de energía química siempre que existan las condiciones adecuadas.

Gradiente electroquímico (gradiente electroquímico)

El transporte de protones a través de la membrana interna hasta el espacio intermembrana también es un proceso electrogénico, es decir, el proceso de generación de voltaje. Debido a que los protones se transportan a través de la membrana, una gran cantidad de protones se acumulan en el espacio intermembrana, estableciendo un gradiente de protones. Debido al establecimiento del gradiente de protones en el espacio de la membrana, se produjeron dos cambios significativos en ambos lados de la membrana interna: se generó 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 resulta en una diferencia de potencial en ambos lados de la membrana interna; en segundo lugar, hidrógeno en ambos lados. La diferencia en la concentración de iones crea un gradiente de pH (δpH); Estos dos gradientes se denominan colectivamente gradientes electroquímicos. El establecimiento de un gradiente electroquímico en ambos lados de la membrana mitocondrial interna puede formar una fuerza motriz de protones (δ P), que puede convertirse en almacenamiento de energía química siempre que existan las condiciones adecuadas.

ATP sintasa (ATP sintasa)

El ATP o complejo F0F1 (complejo F0F1) tiene actividad ATP hidrolasa en estado aislado y ATP en estado combinado. La actividad 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 principales características de la ATP sintasa son las siguientes:

Cabeza: La cabeza es F1. Tanto la ATP sintasa F1 bacteriana como la mitocondrial son proteínas solubles en agua con estructuras similares. Está compuesto por cinco péptidos (α, β, γ, δ y ε), y las subunidades α y β forman una disposición esférica. La cabeza contiene tres sitios que catalizan la síntesis de ATP, uno para cada subunidad beta.

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

Base: La base se llama F0, que está compuesta por una proteína hidrófoba incrustada en la membrana interna de la mitocondria. Es un pentámero compuesto por tres subunidades diferentes (1a:2b:12c). Entre ellos, la subunidad C forma un anillo para el movimiento del material en la membrana, y la subunidad B pasa a través del mango para fijar f 1; la subunidad A es un canal de transporte de protones, que permite que los protones se transporten a través de la membrana.

Fosforilación oxidativa (fosforilación oxidativa)

En las células vivas, la conversión de energía y la formación de ATP que acompaña a la oxidación de la cadena respiratoria se denomina fosforilación oxidativa.

Hipótesis quimiosmótica (hipótesis de acoplamiento quimiosmótico)

Hipótesis propuesta por el bioquímico británico P. Mitchell en 1961 para explicar el mecanismo de acoplamiento de la fosforilación oxidativa. Según esta teoría, durante el proceso de transferencia de electrones, los protones se transfieren desde la capa interna de la membrana mitocondrial interna a la capa externa, formando un gradiente transmembrana de iones de hidrógeno, impulsando la reacción de fosforilación oxidativa (que proporciona energía) y sintetizando ATP. Esta teoría ha sido probada mediante un gran número de experimentos y reconocida, ganando el Premio Nobel en 1978. La teoría de la quimiosmosis puede explicar bien la relación entre el transporte de electrones en la membrana interna mitocondrial, el establecimiento de gradientes electroquímicos de protones y la fosforilación de ADP.

Metabolismo endosimbiótico (metabolismo endosimbiótico)

Teoría sobre el origen de las mitocondrias. Se cree que las mitocondrias se originaron a partir de bacterias, es decir, después de que las bacterias fueron fagocitadas por los eucariotas, evolucionaron para formar mitocondrias en un proceso a largo plazo. Según esta teoría, las protomitocondrias, el antepasado de las mitocondrias (una bacteria Gram negativa capaz de realizar el ciclo del ácido tricarboxílico y la transferencia de electrones), fue engullida por los eucariotas primitivos y formó una relación * * * con el huésped. En términos de relación biológica, es beneficioso tanto para el cuerpo vivo como para el huésped: el protonema puede obtener más nutrientes del huésped y el huésped puede obtener más energía utilizando la función de descomposición oxidativa de las protomitocondrias.

Teoría no endógena

También conocida como teoría de la diferenciación intracelular. Hay varios modelos que creen que la aparición de mitocondrias es el resultado de la invaginación de la membrana plasmática. Entre ellos, el modelo de Uzzell cree que en las etapas iniciales de la evolución, el genoma de las células procarióticas se replicaba sin división celular, pero quedaba atrapado cerca de la célula. genoma Se forma una doble membrana en la membrana plasmática, y el genoma aislado está encerrado en la estructura de estas dobles membranas, formando así el núcleo original, las mitocondrias, los cloroplastos y otros orgánulos estructuralmente similares. Posteriormente, durante el proceso de evolución, la membrana nuclear perdió la respiración y la fotosíntesis, y las mitocondrias se convirtieron en el órgano respiratorio de la célula. Esta teoría explica la evolución gradual de la envoltura nuclear.

El origen de las mitocondrias de carácter

Actualmente existen dos hipótesis diferentes, a saber, la hipótesis intraproducto y la hipótesis de diferenciación.

Hipótesis endógena: Las dimensiones bajas provienen de bacterias aeróbicas consumidas por preeucariotas primitivos; estas bacterias y preeucariotas evolucionaron hasta convertirse en mitocondrias durante su crecimiento a largo plazo.

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