sgfiuhasugiyawefbIU WEGF UIVRWIUHFVw PDF

Preview

Summary

Apuntes citología con Antoni Miralles curso 2020-2021...

Description

MITOCONDRIS I PLASMIDIS MITOCONDRIS La teoria endosimbiòtica explica que els mitocondris es van associar a les antigues cèl·lules eucariotes primitives. La fosforilació oxidativa dona una gran ventaja als organismes que poden utilitzar l’oxigen, ja que obtenen més energía a partir de la mateixa molècula. ORGÀNULS CONVERTIDORS D’ENERGIA Els mitocondris i els cloroplastos estan relacionats encara que es troben separats l’un de l'altre. Els cloroplastos creen materia orgànica i oxigen a partir de carboni inorgànic i llum solar, i després els mitocondris creen energia a partir d'aquesta matèria orgànica i l’oxigen. ESTRUCTURA La forma i el tamany dels mitocondris pot variar. El condrioma es el número total de mitocondris de tota la cèl·lula. Les cèl·lules musculars, els cilis i agels tenen molts mitocondris al voltant perquè necessiten molta energia. Els mitocondris son plastics. MATRIU En la matriu mitocondiral trobarem tots els enzims necessaris per a fer les reaccions mitocondrials a més de contindre els enzims que son necessaris pa replicar i transcriure el ADN mitocondrial, també té ribosomes i ARNt. MEMBRANA INTERNA Es troba plegada en forma de crestes. La seua composició és d'un 20% de lípids (no hi ha colesterol; té cardiolipines, lípid en 4 àcids grassos) i un 80% de proteïnes, açò es degut a que en la membrana interna se realitzen reaccions molt importants de la respiració i requereixen molts enzims. MEMBRANA EXTERNA És més pareguda a la membrana plasmàtica. - Té monoamina oxidasa - Té moltes porines, una proteïna que forma canals aquosos. ESPAI INTERMEMBRANA Composició pareguda al citosol, conte la adenilquinasa, un enzim que s'encarrega del catabolisme de determinats neurotransmissors. AÏLLAMENT DE MITOCONDRIS I FRACCIONS SUBMITOCONDRIALS 1) Els mitocondris se van aïllar mitjançant la centrifugadora. 2) Les fraccions mitocondrials es van separar provocant la lisis del mitocondri mitjançant l'osmosi, es va car els mitocondris en un medi hipotònic i el mitocondri es va unar d’aigua i va provocar la lisis de la membrana interna, al tindre les crestes se pot unar molt (perquè té més superfície). 3) A continuació es canvia el medi a uno hipertònic per a que el microplast (membrana interna i matriu) es desune.

4) Després mitjançant centrifugacions se van separar el microplast i les restes de membrana externa. 5) Van trencar la membrana interna amb ultrasons i es va torna a centrifugar per a separar membrana interna de matriu. FUNCIÓ MITOCONDRIAL S’encarega de funcions metabòliques, entre elles el catabolisme de biomolècules i alguna fase de certs anabolismes. Es un magatzem de glucogen, té grànuls de glucogen. Per tant té els enzims necessaris, com la glucogen sintasa (sintetitza el glucogen) i la glucogen fosforilasa (degrada el glucogen). GLUCOLISIS Es realitza en el citosol, és la primera etapa del catabolisme de glúcids. Correspon a pasar una molècula de glucosa a dos molècules de piruvat, formant 2 ATP i 2NADH. Tant el piruvat com el NADH entren en el mitocondri. 𝜷-OXIDACIÓ D'ÀCIDS GRASSOS Degradació dels àcids grassos donant com a resultat acetil-CoA, 𝐹𝐴𝐷𝐻2 i NADH. CARNITINA És un enzim que transporta cadenes llargues de grups acil que vénen dels àcids grassos cap a la matriu mitocondrial.

Els grups acil amb CoA ara poden ser transferits a la carnitina i donar com a resultat acil-carnitina que es transportarà ns a la matriu mitocondrial. Tot això passa a través dels següents passos: 1. L'acil-CoA es conjuga amb la carnitina a través de carnitina aciltransferases I (palmitoiltransferasa I) localitzades en la membrana mitocondrial externa. 2. L'acil-carnitina es transporta a l'interior de la mitocòndria mitjançant una carnitina-acilcarnitina translocasa. 3. L'acil-carnitina es converteix en acil-CoA mitjançant una carnitina aciltransferasa II (palmitoiltransferasa II) localitzada a la membrana mitocondrial interna. La carnitina lliure retorna al citosol. CICLO DE KREBS El piruvat de la glucólisis se transforma en Acetil-CoA i junt amb el Acetil-CoA de la 𝜷-oxidació entren al cicle de Krebs donant com a resultat per cada Acetil-CoA 3 NADH, 1𝐹𝐴𝐷𝐻 i 1 GTP 2

(que pot passar directament a ATP). CADENA RESPIRATORIA Tots els intermediaris reduïts de les anteriors reaccions metabòliques arriben a la membrana interna mitocondrial on hi han una serie de proteïnes (complexes I, II, III i IV, citocroms C i altres i la ubiquinona) que formen una cadena de electrons, els electrons son cedits per aquestes molècules reduides, mentres els electrons pasen de proteïna en proteïna es van bombejant protons d'hidrogen a l'espai intermembrana, posteriorment tornen a entrar per la ATP sintetasa i formen ATP. ATP SINTETASA Esta formada per un rotor i un canal. Els protons d'hidrogen passen a través del rotor (entren en el rotor i van girant ns que puguin eixir per un canal i tornen a estar dins de la matriu mitocondrial) i generen un gradient de protons que genera una energia per a que el rotor continue girant i provoque un canvi conformacional en la part interior, lo que provoca que el grup fosfat s’unisca a el ADP, formant un ATP. Pot actuar passant protons d'hidrogen a els dos costats. S’ha descobert que en molts de casos les ATP sintetases es troben en parelles, els complexes de la respiració se col·loquen cara a cara, per a així generar una concentració major de protons.

TRANSPORTADORS INTERCANVIADORS DE ADP I ATP Existeixen transportadors que transporten en direccions diferents l’ADP i l’ATP, el ATP ix i l’ADP surt. Aprota el gradient protonic. L’ADP citostolic es forma en reaccions que requereixen energia ( per hidròlisi d'ATP ). L’ADP a pH 3−

7.0 té 3 càrregues negatives ( 𝐴𝐷𝑃 ), mentre que l'ATP mitocondrial generat en el procés de fosforilació oxidativa conté 4 càrregues negatives ( 𝐴𝑇𝑃

4−

). L'intercanvi 𝐴𝐷𝑃

3−

: 𝐴𝑇𝑃

4−

té lloc en

una proporció 1 : 1, realitzant-se per tant l'eixida neta d'una càrrega negativa, i sent per tant un antitransport electrogenic ( generador de diferència de potencial ). 3−

4−

L'intercanvi de 𝐴𝐷𝑃 per 𝐴𝑇𝑃 des del punt de vista termodinàmic es troba acoblat al gradient de protons responsable que la membrana interna tinga càrrega positiva del costat extern ( espai intermembrana ) enfront de la càrrega negativa del costat intern ( matriu ). El potencial de membrana dirigeix la transferència d’ADP a l'interior del mitocondri i ATP al citosol.

TRANSPORTADORS DE PIRUVAT Una proteïna transportadora pasa el piruvat. També gràcies al gradient.

TRANSPORTADOR DE FOSFAT Una proteïna transportadora pasa el fosfat. També gràcies al gradient.

BIOGÈNESI MITOCONDRIAL. EL CICLE VITAL DELS MITOCONDRIS Els mitocondris se generen per bipartició (ssió), però tambè se poden combinar (fusió). Aquestos procesos venen regulats per proteïnes G. En el cas de la sió les proteïnes G activades per GTP rodeen al mitocondri i l’estrangulen per a dividirlo. En el cas de la fusió les proteïnes G activades per GTP agafen dos mitocondris i provoquen la fusió de les membranes.

Els mitocondris també creixen, i necessiten material biològic, aquest ve del RE, aquests orgànuls es troben prop, i determinades proteïnes de transferència pasaria els lípids d’un orgànul a altre. La major part de les proteïnes mitocondrials se tradueixen en el citosol, perquè els gens estan dins del nucli, però determinades proteïnes mitocondrials se tradueixen en el seu interior, amb la seua propia maquinaria. La cicloheximida (inhibeix la síntesis proteïca en el citosol) i el cloramfenicol (inhibeix la sintesis proteïca en el mitocondri) permeten identicar l’origen biosintètic de les proteïnes mitocondrials i plasmidials (cloroplasts).

ADN MITOCONDRIAL L'ADN mitocondrial és tan xicotet que només codica per a 13 gens per a proteïnes, no obstant això, els mitocondris requereixen de moltes més proteïnes, per la qual cosa els és imperant importar-les per al seu correcte i ple funcionament mitocondrial. Per tant, les proteïnes necessàries per a la mitocondris, la major part, estan en el genoma nuclear. D'altra banda, per la mateixa raó d'escassa grandària, només tenen 22 gens per a ARNt i amb la condició d'estalviar aquest ARNt s'usa majoritàriament el balanceig de l'aparellament de la tercera base nucleótida (hi ha 64 codons, però només 22 ARNt, encara menys que en el genoma humà que ja de per si mateix hi ha menys ARNt que codons). I, nalment, només posseeix 2 gens per a ARNr. Finalment, aquest ADN mitocondrial posseeix una sèrie d'alteracions que no posseeixen massa importància. Quan els ribosomes de la mitocondris tradueixen el ARNm mitocondrial, alguns codons ho interpreten de manera diferent a com ho fan els ribosomes que estan fora. Per exemple, el codó UGA per a ribosomes signica la parada del procés, mentre que per als ribosomes de la mitocondris signica afegir Trp (triptòfan). Curiosament, en els ribosomes mitocondrials de les plantes els codons UGA si que codiquen i segueixen el que dicta el codi genètic universal, un senyal de STOP. TRANSPORT DE PROTEÏNES A L’INTERIOR DE MITOCONDRIS La majoria de les proteïnes mitocondrials se sintetitzen en ribosomes citosólics. Els translocadors proteics implicats en aquest transport es diuen TOM, TIM, SAM i OXA. Per a transportar proteïnes al mitocondri, aquesta necessita translocadors en la membrana externa (TOM i SAM) i en la membrana interna (TIM 23 i 22 i el complex OXA). Procés pel qual s'importen proteïnes a la matriu mitocondrial: ● Les proteïnes que s'importen a la matriu mitocondrial necessiten un pèptid senyal prop de l'amino terminal i es tracta d'aminoàcids amb càrrega positiva, més que un pèptid senyal formen una regió senyal perquè el pèptid senyal es plega i els aminoàcids amb càrrega

positiva queden en una regió de l'hèlice-α (el pèptid senyal es plega en forma d'hèlice-α) i els aminoàcids sense càrrega queden en una altra cara. ● En aquest transport participen el TOM i el TIM 23. ● Les proteïnes que s'importen al mitocondri s'importen desplegades perquè en el citosol, aquestes proteïnes romanen desplegades perquè estan unides a chaperones de la família hsp70 citosóliques. ● La introducció de la proteïna és post-traduccional. ● Els traslocadors proteics s'uneixen els uns amb els altres en uns punts de contacte que existeixen entre les dues membranes, el TOM i el TIM 23 interactuen. (El complex TOM és el que té el receptor per al pèptid senyal). ● A través del punt de contacte la proteïna s'internalitza cap a la matriu mitocondrial. El gradient electroquímic intern (negatiu) estira les càrregues positives del pèptid senyal. També hi ha chaperones mitocondrials que també mantenen la proteïna desplegada i l'estiren cap a la matriu i al nal gastant ATP les dues chaperonas mitocondrials i citosólicas se separen de la proteïna. Hi ha una peptidasa de senyal que talla el pèptid senyal una vegada que la proteïna està en la matriu.

IMPORTACIÓ A LA MEMBRANA INTERNA 1) La ruta a través de la matriu, la proteïna s'importa a la matriu mitocondrial de la mateixa forma que hem vist anteriorment, a través del TOM i el TIM 23. Però dins, una peptidasa de senyal curt la primera seqüència senyal i llavors apareix un segon pèptid senyal hidrofòbic que interactua amb el complex OXA i aquest acaba inserint la proteïna en la membrana interna.

2) Ruta d'atur de la transferència, la proteïna es comença a importar com si fora a la matriu però el segon pèptid senyal deté la translocació, els dos translocadors se separen i queda la proteïna inserida en la membrana interna.

3) La ruta del TIM 22, les proteïnes creuen el complex TOM (membrana externa) i se situen en l'espai intermembrana i es troben amb unes chaperones que les porten cap al TIM 22 (el TIM 22 transloca proteïnes de diversos passos transmembrana)

IMPORTACIÓ AL ESPAI INTERMEMBRANA La proteïna s'insereix en la membrana mitocondrial interna i arriba una peptidasa de senyal que talla el pèptid senyal i la proteïna queda en l'espai intermembrana.

IMPORTACIÓ A LA MEMBRANA EXTERNA S'ha estudiat com s'insereixen les porines i se sap que utilitzen el complex TOM per a entrar en l'espai transmembrana i unes chaperones el porten al complex SAM i aquest les col·loca en la membrana externa.

PEROXISOMES I GLIOXISOMES

No sabem quin és l'origen evolutiu ni l'origen dins de la cèl·lula. Sabem que realitzen reaccions d'oxidació i peroxidació i es creu que podrien ser el vestigi d'un antic orgànul que servia per a eliminar l'oxigen toxic de la atmosfera primitiva. Els peroxisomes només estan envoltats per una membrana, no posseeixen DNA ni ribosomes i s'assemblen en què les proteïnes també han de ser importades del citosol, però els seus mecanismes d'importació són diferents. Les seues funcions és oxidar una sèrie de complexos orgànics i la destoxicació. Presenten enzims com la D-aminoàcid oxidasa o Urato oxidasa. Quan hi ha un excés d'aigua oxigenada la catalasa pot trencar l'aigua oxigena i donar aigua i O2 gas. També realitzen la β-oxidació dels àcids grassos. Els enzims que presenten són molt abundants i poden donar inclusions d'elles. Algunes cèl·lules vegetals tenen uns peroxisomes especials anomenats glioxisomes i transformen lípids en glúcids, és típic de les llavors i plantes joves perquè transformant lípids a glúcids obtenen energía, que no poden obtindre de la fotosíntesi perquè encara no la poden realitzar. FORMACIÓ S'originen a partir del reticle endoplasmàtic però no és molt clar el seu origen. Les proteïnes dels peroxisomes s'importen des del citosol, però hi ha diferències amb la mitocondris, les proteïnes es poden importar plegades, la proteïna necessita d'un pèptid senyal i aqueixes proteïnes amb el pèptid senyal interactuen amb uns translocadores proteics anomenats peroxines. Les mutacions en les peroxines produeixen malalties greus com la síndrome Zellweger. Els lípids arribarien mitjançant proteïnes d'intercanvi de fosfolípids com en els mitocondris. FUNCIONS ● El peroxisoma oxida compostos, aquest juntament amb els mitocondris són els únics orgànuls de la cèl·lula que poden utilitzar l'𝑂 , ja que l'𝑂 lliure és molt toxic. La seua 2

2

missió és eliminar 𝑂 :que sobra en el mitocondri. El mitocondri en la cadena respiratòria 2

+

uneix els 4 𝐻 a l' 𝑂 per a alliberar dues molècules d'H₂O. 2

● El peroxisoma oxida compostos orgànics formant peròxid d'hidrogen. La catalasa destoxica fenols, àcid fòrmic, etanol i aldehids en el fetge i renyó i forma aigua. Per a evitar que s'acumule el peròxid d'hidrogene, la catalasa l'elimina en forma d'H₂O i𝑂 . 2

● En peroxisoma també té lloc la β-oxidació dels àcids grassos, comú en mitocondris i peroxisomes. IMPORTACIÓ DE PROTEÏNES ALS PEROXISOMES Els peroxisomes no se sintetitzen de novo, sinó que un peroxisoma es divideix per ssió en altres dos, però abans els enzims han de duplicar el material d'aquests. Aquests enzims són sintetitzats en els ribosomes lliures del citosol, i d'allí són transportats als peroxisomes gràcies a que aquests enzims posseeixen un pèptid senyal especique de transport al peroxisoma. Les proteïnes no es despleguen per a ser importades, es requereixen uns translocadores proteics formats per unes proteïnes anomenades peroxinas. Per tant els peroxisomas:

1. Es carreguen d'enzims. 2. Dupliquen el material. 3. Es divideixen en dos.

GLIOXISOMES Un cas especial de peroxisomes són els glioxisomes de cèl·lules vegetals. Són orgànuls que transformen els lípids en glúcids mitjançant el cicle del glioxilato, per a obtindre l'energia necessària perquè la planta creixca de jove. A vegades els glioxisomas cristal·litzen, donant a lloc cristalls de proteïnes que vistes al microscopi són quadrats pràcticament perfectes.

PLASMIDIS ORIGEN, CATEGORIES I LLUR SIGNIFICAT FUNCIONAL

Són una família que provenen d'un orgànul precursor anomenat proplástid que els podem trobar en unes cèl·lules vegetals especials anomenades cèl·lules meristemàtiques, són cèl·lules cúbiques amb un nucli molt gran, són cèl·lules que estan en la punta de l'arrel dels vegetals o en el tall, i es diferencien en els diferents tipus cel·lulars, són capaços de diferenciar-se en qualsevol tipus cel·lular vegetal, són cèl·lules embrionàries, però són presents tota la vida del vegetal. Aquestes cèl·lules no tenen cloroplasts tenen proplastids, segons el teixit en el qual es diferencia aquesta cèl·lules, aquests proplástidos formen diferents plasts, com a amiloplasts (que actuen com a reserva de midó), o elaioplasts (emmagatzemes gotes d'oli), o cromoplasts (acumulen pigments). Perquè es formen un cloroplast el teixit ha de ser un teixit fotosintètic i ha de rebre llum, en absència de llum encara que siga un teixit fotosintètic formen etioplasts (no tenen clorol·la i les membranes internes, les membranes tilacoidals, estan desordenades), en presència de llum el etioplast es pot convertir en cloroplast. Els plasts tenen molta importància el metabolisme intermediari. GENOMA Tenen molècules d’ADN circulars tenen de 20 a 80 còpies d'aquest ADN. És més gran però no presenta molts gens, té molt ADN intercalat que no codica per a res. L’ADN dels cloroplasts també és circular, però tenen diverses còpies d'una mateixa molècula de ADN circular. En general aquesta molècula de ADN és més gran que el del mitocondri. Humà: 16500 parells de bases → mitocondris 120000 parells de bases → cloroplasts encara major. La seqüència de nucleòtids és molt similar a la de bacteris fotosintètics de la mena de les cianobacteries, de les quals deriven evolutivament. Molts dels gens del bacteri original es troben en el genoma nuclear. En els cloroplasts hi ha zones, no codicables, i també, els gens solen tindre introns. Aquest ADNencara que és relativament gran, els cloroplasts no són autosucients, aquests gens no codiquen per a totes les proteïnes que necessita el cloroplast, al llarg de l'evolució han perdut gens i necessiten que el ADN nuclear codique proteïnes, que al nal com en el mitocondri seran importats des del citosol. FUNCIÓ DELS CLOROPLASTS La seua funció fonamental és la fotosíntesi, la fotosíntesi la podem dividir en dues fases, la fase lluminosa o reaccions fotosintètiques de transferència d'electrons, en aquesta reacció els que s'utilitza és una seriosa d'enzims que es donen unes reaccions on es dona ATP i NADH. I la fase fosca.

FOTOSÍNTESI És un procés complicat, amb molts detalls, consisteix en dues parts: La fase lluminosa i la fase fosca (perquè no es necessita llum). La fase lluminosa o Reaccions fotosintètiques de transferència d'electrons aquestes ocorren en la membrana del tilacoide (diferència amb el mitocondri ja que aquesta el realitza en la membrana interna). La idea general és que en aquesta reacció es consumeix aigua, però l'important és que es produeix ATP, NADPH i oxigen. L'ATP i el NADPH, s'utilitzen en les reaccions següents que és el que es diu la Fase fosca, en ella s'utilitza l'energia de l'ATP i el poder reductor del NADPH, aquest igual que el NADH en el mitocondri tenen electrons d'alta energia que els poden cedir fàcilment a través de les molècules, i es diu que té poder reductor perquè quan una substància rep electrons es redueix. Aquesta energia i poder reductor s'utilitzen en les reaccions cícliques de la fase fosca i es pren el carboni d'un gas, i es xa en una molècula orgànica, que és la precursora d'altres més complexes com els glúcids, aminoàcids i àcids grassos. En el conjunt la fotosíntesi el que fa és gastar aigua i CO₂ per a produir molècules orgàniques i 𝑂2. 1) Reaccions de transferència d'electrons: (fase lluminosa) La idea general la qual és aconseguir ATP i NADPH i això s'aconsegueix mitjançant aquestes reaccions que es produeixen en la membrana del tilacoide. En aquesta membrana el que ocorre és que hi ha un sistema anomenat fotosistema 2 que implica diverses proteïnes, en el centre de les quals hi ha una molècula anomenada clorol·la, aquesta és molt especial perquè és capaç de captar fotons de la llum solar, i aqueixa energia dels fotons, la utilitza per a passar electrons d'u...