Mitocondrias

MITOCONDRIAS
Aunque estos orgánulos encargados de
producir energía se identificaron hace
mucho tiempo, el modo en que
surgieron y se integraron en las células
sigue siendo hoy objeto de debate.

En 1884, Richard Altmann las
describió como parásitos de
las células y las llamó
bioblastos

El conjunto de los bioblastos
de una célula recibió el
nombre de condrioma

Carl Benda en 1897 usó por
primera vez el término
mitocondria (mito= hilo,
chondrios= gránulo)

Al MO las mitocondrias se ven
muy bien con la coloración
desarrollada por Michaelis
(1900), Verde Jano.
CÉLULAS INFECTADAS CON RICKETTSIAS
CARACTERÍSTICAS

Número, forma y tamaño variables, en función de los
requerimientos celulares. El tamaño oscila entre 0,5 y 1 μm
(bacteria)

Una célula eucarionte típica contiene mas de 1000
mitocondrias, lo que ocupa alrededor de la quinta parte del
volumen celular

Las células de mamíferos que poseen más mitocondrias son
las células musculares

Sólo los eritrocitos de mamíferos carecen de mitocondrias
PLASTICIDAD
Filmaciones en células vivas muestran su
plasticidad, se fusionan con otras y se vuelven
a separar.
Se mueven asociadas al citoesqueleto.
Direccionalidad. Pueden formar filamentos o
cadenas.
Rhodamina 123 (fluorescencia)
Mitocondrias
elongadas
Ab anti microtubulos
En otras células se fijan en una posición, como en los
espermatozoides.
Durante el desarrollo del flagelo los microtubulos se enrollan de manera
helicoidal alrededor del axonema, como para guiar la localización de las
mitocondrias. Luego desaparecen.
o en el músculo esquelético y cardíaco.
El avance en el conocimiento de su función se logró
luego que en la década del ´40 se lograra aislar las
mitocondrias de hígado por primera vez (entre 1000
y 2000 por hepatocito).
IMPORTANCIA

Los organismos aeróbicos obtienen la mayoría de la energía
que necesitan vía la fosforilación oxidativa (15 veces).

También están involucradas en procesos como apoptosis,
autofagia y el control de la calidad de algunas proteínas.

Mantienen contacto físico con organelas como lisosomas y
retículo endoplásmico liso regulando de esa manera varios
procesos.
FUNCIONA COMO BUFFER
ESTRUCTURA

Dos membranas altamente especializadas y con funciones
distintas y dos compartimentos:
Membrana externa
 Membrana interna
 Espacio intermembrana
 Matriz

Centrifugación diferencial y gradientes
Hígado:

El 67% de las proteínas totales de la mitocondria están en la matriz.

El 21% en la membrana interna

El 6% en la membrana externa

El 6% en el espacio intermembrana
Modelo estructura
mitocondrial
Micrografía electrónica
mitocondrial
ESTRUCTURA
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

Membrana externa: más de la mitad de sus componentes son
fosfolípidos.
Enzimas: elongación de los ácidos grasos, oxidación de
catecolaminas (MAO) y degradación de triptofano. Es
permeable al agua, iones y sacarosa.
Tienen porinas, proteínas que forman canales acuosos que
permiten el pasaje de sustancias de menos de 5000 Da al
espacio intermembrana.
MODELO
ESTRUCTURA

Membrana Interna: muy plegada, formando las crestas.
El número de crestas depende de la actividad metabólica de
las células.
20% de fosfolípidos, fundamentalmente cardiolipina, y 80%
de proteínas. Impermeable a agua y iones.
Proteínas pueden dividirse en 3 tipos:
 las que llevan a cabo las sucesivas oxidaciones en la
cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa
 ATP sintetasa, que sintetiza ATP hacia la matriz.
 proteínas de transporte que regulan el pasaje de
sustancias desde y hacia la matriz.

Cardiolipina: fosfolípido con 4 ácidos grasos en lugar de dos.



ESTRUCTURA

Espacio intermembrana: tiene casi la misma composición que
el citosol en moléculas pequeñas.

Matriz: composición determinada por la permeabilidad de la
membrana interna.
 Enzimas que metabolizan piruvato y acidos grasos para dar
acetil CoA
 Enzimas que oxidan Acetil CoA en el ciclo del ácido cítrico o
ciclo de Krebs y producen NADH
 ADN
Generalmente las crestas son
laminares y perpendiculares al
eje mayor de la mitocondria.
También hay crestas irregulares
en forma tubular, paralelas al
eje
Existen mitocondrias con crestas
escasas y cortas o con crestas
supernumerarias, casi sin matriz.
Los sitios de contacto constituyen las zonas de mayor
intercambio. Su composición proteica es diferente a
la de las crestas
Mitochondrial contact site and cristae organizing system
El conjunto de proteínas llamadas MICOS tienen que
ver con la zona de unión y la organización de las crestas
IMPORTAR PROTEINAS
Comun a todas los
precursores de proteínas es
la traslocasa de membrana
externa o complejo TOM y
luego la vía diverge.
Las proteínas precursoras
con presecuencia Nterminal y van a IM poseen
otras traslocasas (complejo
TIM22,23)
AUTOREPRODUCIBLES Y SEMIAUTÓNOMAS
•
Tienen información genética
propia y un equipo de síntesis
proteica
•
Con ADN propio mitocondrial
(circular enrollado y retorcido,
mas rico en guanina y timidina
que el ADN nuclear)
•
Su ADN y sus ribosomas son mas
parecidos a los de los
organismos procariontes.
GENOMA MITOCONDRIAL

Todos DNA circular, excepto Paramecio y Chlamydomonas que es
lineal.

Longitud del DNA mitocondrial: 5-6 μm; en levaduras de 10 a 30 μm.

En plantas superiores desde 30 a 800 μm
GENOMA MITOCONDRIAL HUMANO

Consta de un poco mas de 16500 pares de bases en dos cadenas:
cadena H y cadena L

Contiene sólo un par de secuencias reguladoras de ADN

Codifica 13 proteínas, 2 rRNA y tRNA

En el citosol de la matriz mitocondrial sólo hay 22 tRNA

El 99% de las proteínas mitocondriales son de origen nuclear, deben
ser importadas por la mitocondria
99 %
1%
VARIACIÓN DE ADN MITOCONDRIAL
GENOMA MITOCONDRIAL
DIFERENCIAS EN EL CÓDIGO GENÉTICO
TAMAÑOS RELATIVOS DE GENOMA MITOCONDRIAL
EL GENOMA MITOCONDRIAL ANIMAL ES EL SISTEMA
GENÉTICO MÁS SENCILLO

La velocidad de sustitución nucleotídica en los genes mitocondriales
es 10 veces mayor que en los nucleares debido a:
Menor fidelidad en la replicación
 Menor reparación
 Baja presión de selección
 Copias múltiples


Además:
Algunos genes tienen intrones
 Hay poliadenilación pero no CAP
 Baja presión de selección
 Copias múltiples

HERENCIA MATERNA
FISION-FUSION




Las mitocondrias son dinámicas: intercambiar su morfología entre
redes elongadas e interconectadas y arreglos fragmentados y
desconectados.
Estos eventos permiten la transmisión de moléculas de señalización
y el intercambio de metabolitos dentro de la célula y participan en
una amplia variedad de procesos biológicos, que incluyen el
desarrollo embrionario, el metabolismo, la apoptosis y la autofagia.
Los cambios en la morfología mitocondrial participan en el
desarrollo cardiaco, la respuesta al daño por isquemia-reperfusión,
la insuficiencia cardiaca y la Diabetes mellitus.
La dinámica mitocondrial se altera en diversas enfermedades
cardiacas, en especial en la insuficiencia cardiaca. ¿Nuevo blanco
terapéutico?
Fisión
Fusión
FISION
Biogénesis:
Se dividen:
. Para sustituir mitocondrias viejas
. Antes de la mitosis
. Según necesidades metabólicas

La estrangulación se origina por alargamiento mitocondrial
progresivo, seguido por un estrangulamiento que escinde la
mitocondria en dos.

La bipartición es consecuencia de la fusión de la membrana
mitocondrial interna, originada por el crecimiento de las crestas
en una región determinada, seguida de la invaginación y fusión
en la misma zona, de la membrana mitocondrial externa.

Esta forma de originarse las mitocondrias hace que la
información genética (genes no nucleares) pase a las
mitocondrias hijas (herencia citoplasmática)
CONTACTO ENTRE MITOCONDRIAS Y REL
Interacciones físicas
marcadas entre REL y
mitocondrias.
Se las llama MAMs (del
inglés mitochondriaassociated ER membranes)
Son esenciales para el
intercambio de calcio,
lípidos y otros metabolitos.
EN ALGUNAS PATOLOGÍAS COMO LA OBESIDAD
Reorganización de las MAMs, que aumentan, y se produce
sobrecarga de calcio intramitocondrial, disminuye la capacidad
oxidativa de las mitocondrias y aumenta el estrés oxidativo.
Se puede inducir experimentalmente.
Hay proteínas involucradas como PACS-2 o IP3R1: en ratones obesos
la downregulación de estas proteínas mejora el metabolismo
mitocondrial.
La interacción excesiva entre REL y mitocondrias provoca patologías
metabólicas y podría contribuir a la resistencia a insulina y la
diabetes.
El otras patologías, como el cáncer
En las células tumorales las mitocondrias son diferentes estructural y
funcionalmente.
Participan activamente en la reprogramación celular.
Tienen sobreproducción de ROS que inducen inestabilidad genómica
modificando la expresión de genes, promoviendo el desarrollo de
cáncer.
J. Cell. Physiol. 231: 2570–2581, 2016. 2016.
Esclerosis múltiple
INDUCCIÓN DE SITIOS DE CONTACTO MITOCONDRIAS-REL
RAPAMICINA
Las mitocondrias, además de proveer energía pueden inducir la muerte celular. La
respiración mitocondrial es controlada por la concentración de Ca2+ en la matriz
mitocondrial.
La concentración de Ca2+ en la matriz es a su vez controlada por la incorporación y la
liberación vía transporte unidirección y por el intercambiador Na+/Ca2+ ,
respectivamente.
En el músculo cardíaco, se demostró que la incorporación de calcio mitocondrial
depende de la interacción con el retículo sarcoplásmico en microdominios y no tanto
del calcio citosólico. Esta comunicación incluye también ATP y especies reactivas de
oxígeno (ROS). ¿Implicancias?
Las mitocondrias pueden usar piruvato y ácidos grasos. Ambos
son transportados a la matriz y convertidos a Acetil CoA
Los electrones de alta energía son transferidos a la
cadena respiratorio.

Piruvato y ácidos grasos : Acetil
CoA , ciclo de Krebs. Se reduce
NAD a NADH y FAD a FADH2.

En la fosforilación oxidativa los
electrones de alta energía del
NADH y FADH2 son transportados
por la cadena respiratoria hasta el
último aceptor, el oxígeno.

El transporte genera un gardiente
de protones que es usado para
sintetizar ATP vía la ATP sintetasa.

También puede ingresar el NADH
generado por la glicolisis. Para esto
se utiliza un “shuttle”
ORIGEN

La antigüedad de las mitocondrias: se calcula en unos dos mil
millones de años

Aunque se identificaron en 1800, el modo en que surgieron y
se integraron en las células sigue siendo discutido
ORIGEN. LAS PREGUNTAS MÁS FRECUENTES SON:

¿Qué papel jugó el ancestro mitocondrial que inició la
endosimbiosis?

Las mitocondrias se originaron en condiciones anoxicas,
microóxicas u óxicas?

¿Se originaron simultáneamente o subsecuentemente a la
aparición del núcleo?

¿Cuál/es fueron las fuerzas detrás de la simbiosis inicial?

¿Por qué conservan ADN codificante?

¿Qué pasó con los genes del endosimbionte?
250 genes nucleares para mantener el genoma
mitocondrial
EVOLUCIÓN
ORIGEN
0,8 y 2 billones de años atrás
EL ÉXITO DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS
Mitochondrial Gene Expression: A Playground of Evolutionary Tinkering.
Walter Neupert
Annual Review of Biochemistry, 85: 65-76. 2016
THEODOSIOUS DOBZHANKSY
“NOTHING IN BIOLOGY MAKES SENSE, EXCEPT IN THE LIGHT
OF EVOLUTION”