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UNIVERSIDAD DE NAYARIT UNIDAD DE MEDICINA ENSAYO FINAL TEMA: MITOCONDRIAS UNIDAD DE APRENDIZAJE: CELULAR FACILITADOR: ROSALINA LARA TORRES 16 DE MAYO DEL 2018 celular mitocondrias fueron descritas por primera vez por Altmann en 1884. Se que eran estructuras vivas que parasitaban la y se les bioblast...

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NAYARIT UNIDAD ACADÉMICA DE MEDICINA

ENSAYO FINAL TEMA:

MITOCONDRIAS

UNIDAD DE APRENDIZAJE: BIOLOGÍA CELULAR FACILITADOR: ROSALINA LARA TORRES 16 DE MAYO DEL 2018

“La mitocondria”- Biología celular

“Las mitocondrias fueron descritas por primera vez por Altmann en 1884. Se pensó que eran estructuras vivas que parasitaban la célula y se les denominó bioblastos. El nombre de chondrioma (granulación), con el que se conocía al conjunto de mitocondrias a principios del siglo xx, dejaba entrever también esta posibilidad de estructuras con vida independiente. Fue Benda, en 1897, quien las denominó mitocondrias (mito = hilo, chondrios = gránulo). “-Paniagua. Biología celular y molecular”. Las mitocondrias son abundantes en las células que generan y gastan gran cantidad de energía. Se cree que estas evolucionaron hace 2000 millones de años a partir de unas procariotas aeróbicas que se incorporaron en células eucarióticas viviendo en simbiosis dentro de las eucariotas primitivas. Esto último es la teoría endosimbiotica la cual ha recibido un gran apoyo al demostrarse que las mitocondrias poseen su propio genoma, incrementan su cantidad durante la división celular y además sintetizan algunas de sus proteínas estructurales. La adquisición de las mitocondrias constituye una etapa fundamental para las células eucariotas, ya que gracias a las mitocondrias tienen la capacidad de realizar respiración aeróbica.

Fig.1: Representación de teoría endosimbiotica -obtenida de Neetescuela.com -

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“La mitocondria”- Biología celular

Como anteriormente se mencionó, las mitocondrias cuentan con ADN, sin embargo estos orgánulos han perdido gran parte de su genoma, por lo que se cree que en las primeras fases de la evolución eucariota se produjo una transferencia desde el ADN de estos orgánulos al núcleo. Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a través de metabolitos, principalmente la glucosa, ácidos y aminoácidos en caso de ayuno (respiración celular). Debido a lo anterior, las mitocondrias son más abundantes en las células que utilizan grandes cantidades de energía, como las

células

estriadas

y

musculares las

células

involucradas en el transporte de líquidos

y

electrolitos.

Las

mitocondrias también se ubican en sitios de la célula donde la energía es muy necesaria para realizar su acción principal, tal es el ejemplo de la pieza

Fig.2: Componentes de una mitocondria – imagen obtenida de “designua photos”-

intermedia del espermatozoide.

El ADN mitocondrial es una molécula circular que forma parte de las mitocondrias, codifica 13 enzimas que participan en el proceso de fosforilación oxidativa, 2 ARNr y

22

ARNt

que

son

utilizados

en

la

traducción

del

ARNm.

El ARNm se "decodifica" para construir una proteína (o un pedazo/subunidad de una proteína) que contiene una serie de aminoácidos en específico.

Fig.3: A) Transcripción de ADN, B) Traducción de ADNm a proteína. - Imagen modificada de "Dogma central de la bioquímica molecular con enzimas", por Daniel Horspool-

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“La mitocondria”- Biología celular

Las mitocondrias poseen un sistema completo para la síntesis proteica, que incluye la síntesis de sus propios ribosomas. El resto de las proteínas mitocondriales es codificado por el ADN nuclear; los polipéptidos nuevos son sintetizados por ribosomas libres en el citoplasma y luego importados a la mitocondria con la ayuda de dos complejos proteicos. Las mitocondrias están presentes en todas las células, excepto en los eritrocitos y los queratinocitos terminales. Las

mitocondrias

muestran

variedad

de

formas,

como

las

de esferas, bastones, filamentos largos y hasta hélices o solenoides. Dentro de la estructura de las mitocondrias se puede observar que poseen dos membranas que delinean compartimentos bien definidos: 

La membrana mitocondrial interna rodea el espacio denominado matriz.



La membrana mitocondrial externa está en estrecho contacto con el citoplasma. El espacio entre las dos membranas recibe el nombre de espacio intermembrana.

También

se

observa

un

espacio

intermembrana

y

una

matriz.

Las membranas de la mitocondria dividen al organelo en dos compartimientos acuosos, uno en el interior de la mitocondria, llamado matriz, y el segundo entre las membranas interna y externa, llamado espacio intermembranal.

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“La mitocondria”- Biología celular

Membrana mitocondrial externa

Membrana lisa 6 nm – 7 nm

Contiene porinas mitocondriales (Diámetro 3 nm)

Permeables a moléculas sin carga

Contienen enzimas

Receptores para proteínas y polipéptidos

Translocan en el espacio intermembrana

Fosfolipasa A2, monoaminooxidasa y acetil coenzima A sintetasa

Permite entrada a moléculas pequeñas, iones y metabolitos

Figura 4: Características de membrana mitocondrial externa. -Figura elaborada-

La membrana mitocondrial externa y la membrana bacteriana externa contienen porinas, que son proteínas integrales que poseen un canal interno relativamente grande (2 a 3nm) rodeado por un barril de cadenas β. Las porinas de la membrana mitocondrial externa no son estructuras estáticas, como alguna vez se pensó, sino que pueden realizar un cierre reversible como respuesta a las condiciones dentro de la célula.

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“La mitocondria”- Biología celular

Membrana mitocondrial interna

Membrana más delgada

Dos dominios interconectados

Membrana limitante interna

Rica en proteínas

Hojas membranosas

Importan proteínas mitocondriales

Transductores de energía

Unidas por uniones de las crestas

Respiración aeróbica

Fig.5: Características de membrana mitocondrial interna. -Figura elaborada-

Las crestas de la membrana mitocondrial interna incrementan en forma significativa la superficie de la membrana, estos pliegues pasan a formar el compartimento interno del orgánulo. La membrana interna es rica en cardiolipina, este fosfolípido la hace impermeable a los iones. A parte de los dominios, como ya se mencionó anteriormente además existe un espacio intermembrana que se ubica, como su nombre lo dice, entre las membranas externa e interna, este espacio contiene enzimas que utilizan ATP que se genera en la membrana interna. El ambiente del espacio intermembrana es, por lo tanto, similar al del citoplasma con respecto a los iones y a las moléculas pequeñas. Algunas de las enzimas que el espacio intermembrana contiene son: la creatina cinasa, la adenilato cinasa, y el citocromo c.

“La mitocondria”- Biología celular

Fig.6: Características de matriz mitocondrial. -Figura elaborada-

La matriz mitocondrial contiene las enzimas solubles del ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) y las enzimas involucradas en la b-oxidación de los ácidos grasos. Las mitocondrias contienen gránulos matriciales densos que almacenan CA2+ y otros cationes. Estos gránulos aumentan su cantidad y tamaño cuando se incrementa la concentración de cationes divalentes (y trivalentes) en el citoplasma. Las mitocondrias pueden acumular cationes contra su gradiente de concentración. Por lo tanto, además de la producción de ATP, las mitocondrias también regulan la concentración de ciertos iones de la matriz citoplasmática, una función que comparten con el REL.

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“La mitocondria”- Biología celular

La

matriz

también

contiene

ADN

mitocondrial,

ribosomas

Fig.7: Diagrama esquemático de una mitocondria -Obtenido de Karp, biología celular y molecular-

y

ARNt.

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“La mitocondria”- Biología celular

El hecho de que los compartimentos mitocondriales tengan distintos complejos enzimáticos, implica que en cada uno de ellos se realizarán funciones diferentes, de manera sintetizada aquí se mencionan las funciones mitocondriales de cada uno de estos: 

Ciclo de Krebs. Tiene lugar en la matriz mitocondrial.



Cadena respiratoria. En el ciclo de Krebs se desprenden una serie de electrones. Los transportadores de electrones se localizan en la membrana mitocondrial interna.



Fosforilación oxidativa. Se realiza en las crestas mitocondriales. La ATP-asa fosforila el ADP y lo transforma en ATP. Así se sintetiza la mayor parte del ATP que se produce en las células aerobias.



La β-oxidación de los ácidos grasos. Las enzimas que intervienen en ella están situadas en la matriz mitocondrial.



Concentración de sustancias en la cámara interna, tales como proteínas, lípidos, colorantes, hierro, plata, calcio, fosfatos y partículas semejantes a los virus.

Fig. 8: Respiración celular por la mitocondria. -Obtenido de wikihow.com -

“La mitocondria”- Biología celular

Como se ha mencionado las mitocondrias son organelos citoplasmáticos implicados en la fosforilación oxidativa. La cadena respiratoria mitocondrial está compuesta por cinco complejos y dos moléculas que actúan a modo de nexo de unión o lanzadera, la coenzima Q y el citocromo c. La función mitocondrial está regulada por un doble sistema genético. Existe una amplia gama de alteraciones del metabolismo oxidativo las cuales son llamadas “Enfermedades mitocondriales”, estas son un grupo heterogéneo de alteraciones, caracterizadas por un fenotipo complejo en el que la mayoría de los pacientes presentan encefalopatía y lesiones musculares, además de que pueden dañarse otros órganos como hígado, riñones, corazón, retina, médula ósea, nervios periféricos y páncreas. Estos orgánulos tienen reproducción intracelular independiente y contienen su propio genoma, lo cual coadyuva a la complejidad de sus alteraciones, causadas por mutaciones en los genes nucleares o mitocondriales. La genética del ácido desoxirribonucleico mitocondrial (ADNmt) se diferencia de la del ADN nuclear por 4 aspectos fundamentales: 

Herencia materna: Las mitocondrias y, por tanto, el ADNmt, solo se transmiten a través del óvulo, cuyo citoplasma es mucho más grande que el del espermatozoide que no contribuye con mitocondrias en la fecundación.



Poliplasmia: En cada célula hay cientos o miles de moléculas de ADNmt.



Segregación mitótica: Durante la división celular, las mitocondrias se distribuyen al azar entre las células hijas.



Alta velocidad de mutación: La tasa de mutación espontánea del ADNmt es 10 veces mayor que en el ADN nuclear.

Las mitocondrias pueden lesionarse por al incremento del Ca2+ citosólico, el estrés oxidativo, la fragmentación de los fosfolípidos a través de la fosfolipasa A2 y de la esfingomielina, y por los productos de fragmentación lipídicos que proceden de estos mecanismos, tales como: ácidos grasos libres y ceramidas. La lesión se

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“La mitocondria”- Biología celular

manifiesta a través de la formación de un canal de elevada conductancia, llamado transición de permeabilidad mitocondrial, en la membrana interna de la mitocondria. Las manifestaciones clínicas de estas afecciones son muy variadas, de modo que pueden consistir en: deterioro de las funciones mentales, trastornos motores, cansancio, intolerancia al ejercicio, epilepsia, accidentes vasculares encefálicos, oftalmoplejía, ptosis palpebral, retinosis pigmentaria, hipoacusia/sordera, ceguera, cardiopatía,

insuficiencia

hepática

y

pancreática,

anemia

sideroblástica,

seudoobstrucción intestinal, acidosis metabólica y otras. A continuación se muestra una tabla extraída del artículo científico “Las enfermedades mitocondriales: un reto para las Ciencias Médicas” donde se mencionan las enfermedades mitocondriales. Defectos enzimáticos

Presentación

• Deficiencia del complejo I (NADH ubiquinona oxidorreductasa)

• Deficiencia del (succinato-uquinona oxidorreductasa)

complejo

1. Forma neonatal severa, con muerte en los primeros días de vida 2. Síndrome de Leigh con miocardiopatía (el más frecuente) o sin ella 3. Presentación con hepatopatía y tubulopatía renal, cardiomiopatía, catarata y lactacidemia (menos común) II

1. Casos asociados con síndrome de Leigh para glanglioma autonómico dominante y feocromocitoma (familiar y esporádico)

• Deficiencia del complejo III (succionato-citocromo C oxidorreductasa) y del V (ATP sintetasa)



• Deficiencia de coenzima Q10 (en el músculo esquelético)

1. Pacientes con mioglobinuria recurrente, alteraciones del sistema nervioso central (ataxia, epilepsia, retraso mental) y fibras rojas rasgadas (RRF). En la biopsia muscular se encuentra aumento de los lípidos. 2. Pacientes con ataxia cerebelosa, signos piramidales y epilepsia

• Deficiencia del complejo (citocromo C oxidasa)

1. Forma neonatal con hipotonía, insuficiencia respiratoria y aumento del ácido láctico. Fallecen en los primeros días de la vida.

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No se han informado casos relacionados con su deficiencia aislada.

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2. Forma donde se combinan encefalopatía en niños • ADNmt anormal por defectos de genes nucleares

cardiopatía

y

1. Síndrome de Alpers-Huttenlocher, caracterizado por encefalohepatopatía rápidamente progresiva en niños 2. Síndrome de deleción múltiple del ADNmt autonómico dominante, caracterizado por oftalmoplejía progresiva externa, debilidad muscular progresiva y catarata bilateral 3. Síndrome mioneurogastrointestinal (MNGIE), caracterizado por episodios de seudoobstrucción intestinal, oftalmoplejía externa,polineuropatía y leucoencefalopatía

Fig.9: Cuadro de enfermedades mitocondriales -tomado de artículo científico “Las enfermedades mitocondriales: un reto para las Ciencias Médicas”-

Aún no se dispone de un tratamiento que cure estas afecciones. La conducta médica debe estar dirigida a mejorar la calidad de vida de los pacientes: mejorar su estado nutricional, corregir quirúrgicamente la ptosis, tratar la epilepsia y si el caso lo requiere implantar marcapaso cardíaco. El tratamiento metabólico a estos pacientes incluye: creatina, coenzima Q, riboflavina, nicotinamida, tiamina, vitamina E, vitamina C y L-carnitina. Las enfermedades mitocondriales presentan gran heterogeneidad genética y clínica, lo cual impone conocer sus posibles manifestaciones y las alteraciones metabólicas que se les asocian, para poderlas diagnosticar tempranamente. Requieren, por tanto, ser tratadas por un equipo multidisciplinario para lograr una mejor calidad de vida de los pacientes.

“La mitocondria”- Biología celular

Otro punto importante que recalcar es que las mitocondrias tienen dos configuraciones definidas: 

Configuración ortodoxa  Aquí las crestas son prominentes y el compartimento de la matriz ocupa una gran parte del volumen mitocondria total, esta configuración corresponde a un bajo nivel de fosforilacion oxidativa.



Configuración condensada  Aquí las crestas no se identificación facilidad, la matriz se concentra y reduce su volumen en el espacio intermembranal, esta configuración corresponde a un alto nivel de fosforilacion oxidativa

Se han realizado ciertos estudios que indican que las mitocondrias perciben el estrés celular y en consecuencia son capaces de decidir si la célula vive o muere mediante apoptosis. .

Fig.10: Conversión energética -obtenido de Paniagua Biología celular y molecular-

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BIBLIOGRAFÍA 

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