Mitocondrias y CloroplastosMitocondrias y CloroplastosGeneración de EnergíaGeneración de Energía

BIOENERGÉTICABIOENERGÉTICA

Síntesis de macromoléculas a partir de moléculas pequeñas(utilización de energía)

Degradación enzimática demacromoléculas a moléculas

más pequeñas (producciónde energía)

Nivel de energía Ei →→→→→→→→→ Ef (Ef – Ei) < 0

ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (∆G)

∆G < 0 Reacción espontáneaenergéticamente favorecida

∆G > 0Reacción no espontáneaenergéticamente desfavorecida

ENTROPÍA ∆S > 0 Aumento del “desorden”

Reacción Reacción ExergónicaExergónica,, ∆∆G < 0G < 0 (espontánea, se libera energía)(espontánea, se libera energía)

Reacción Reacción EndergónicaEndergónica, , ∆∆G > 0G > 0 (no espontánea, se requiere energía)(no espontánea, se requiere energía)

ener

gía

ener

gía cantidad de

energía liberada

en una reacción en una reacción exergónicaexergónica se liberase liberaenergía durante la energía durante la formación de productos. formación de productos. Es una reacción Es una reacción ENERGÉTICAMENTE ENERGÉTICAMENTE FAVORABLEFAVORABLE

Se requiereSe requiere energía para energía para una reacción una reacción endergónicaendergónica, , donde reactantes con bajo donde reactantes con bajo contenido de energía son contenido de energía son convertidos a productos con convertidos a productos con alto contenido energético. alto contenido energético. Es una reacción Es una reacción ENERGÉTICAMENTE ENERGÉTICAMENTE DESFAVORABLE.DESFAVORABLE.

ener

gía

ener

gía

ener

gía

ener

gía

ener

gía

ener

gía

Estructura de 3 importantes moléculas transportadoras activadas

Adenosina Trifosfato (ATP)

Nicotinamida-adenina dinucleótido (NADH)

Acetil-Coenzimo A (Acetil-CoA)

Características de la Mitocondria.Características de la Mitocondria.

Posee un Posee un diametrodiametro de 0,5 a 1 um.de 0,5 a 1 um.

Posee una estructura tipo bastón.Posee una estructura tipo bastón.

Hay entre 1 y 1000 mitocondrias por célula.Hay entre 1 y 1000 mitocondrias por célula.

Se concentran cerca de los sitios de alto consumo de ATPSe concentran cerca de los sitios de alto consumo de ATP

La Membrana externa mitocondrial posee canales en la membrana La Membrana externa mitocondrial posee canales en la membrana (moléculas de menos de 10.000 PM pasan a través de ella).(moléculas de menos de 10.000 PM pasan a través de ella).

La Membrana interna mitocondrial se La Membrana interna mitocondrial se plieagaplieaga en crestas, (involucrada en la en crestas, (involucrada en la síntesis de ATP).síntesis de ATP).

En la Matriz se encuentran las Enzimas involucradas en el metaboEn la Matriz se encuentran las Enzimas involucradas en el metabolismo lismo oxidativooxidativo, Ciclo de , Ciclo de KrebsKrebs, Oxidación de los , Oxidación de los AcidosAcidos grasos.grasos.

La mitocondria posee un propio DNA (mtDNA)La mitocondria posee un propio DNA (mtDNA)

MitocondriasMitocondriasMembrana externa

Membrana interna

Matriz

Crestas

Ribosoma

DNA mitocondrial

ATP sintetasa

Espacio Intermembrana

- Enzimas de oxidación de piruvato y ácidos grasos y ciclo de Krebs

- DNA mitocondrial- Ribosomas mitocondriales- Maquinaria de transcripción y

traducción mitocondrial

- Enzimas de cadena de transporte de

electrones- ATP sintetasa

-Proteínas de transporte

Enzimas que utilizan el ATP para fosforilarotros nucleótidos

-Porinas (<5000 Da)-Enzimas de síntesis

mitocondrial de lípidos

http://www.microscopyu.com/articles/fluorescence/filtercubes/yfp/yfphyq/mitochondria/yfpmitochondriaindex.html

Estructura DNA mitocondrial humanoEstructura DNA mitocondrial humano

Código genético mitocondrial

TEORIA SIMBIONTETEORIA SIMBIONTE

Simbiosis: fenómeno que se establece entre dos organismos de difSimbiosis: fenómeno que se establece entre dos organismos de diferentes especies erentes especies que se favorecen mutuamenteque se favorecen mutuamente

Teoría que indica que mitocondrias y Teoría que indica que mitocondrias y plastidiosplastidios se habrían originado a partir de una se habrían originado a partir de una relación ancestral que se estableció entre un relación ancestral que se estableció entre un procarionteprocarionte y una célula eucarionte y una célula eucarionte primitiva.primitiva.

Entonces la mitocondria se habría originado a partir de una bactEntonces la mitocondria se habría originado a partir de una bacteria y los cloroplastoseria y los cloroplastoshabrían derivado de una cianobacteria.habrían derivado de una cianobacteria.

Evidencias a favor de la Evidencias a favor de la teoriateoria simbiontesimbionte

Tanto las mitocondrias como los cloroplastos son organelos semiautónomos, es decir ambos se dividen a un ritmo diferente que el resto de la celula.

Ambos tienen genes en su DNA y dirigen la sintesis de algunos de sus componentes.

Ambos utilizan un sistema de síntesis de proteínas contenido dentro del mismo organelo.

La membrana interna de mitocondrias y cloroplastos tienen numerosos pliegues que se proyectan hacia el interior (mesosomas bacterianos).

La cadena de transporte de electrones esta asociada a membrana en mitocondrias y procariontes.

El tamaño de una bacteria es muy semejante al de una mitocondria o cloroplasto.

El DNA de estos organelos es una molecula de DNA circular cerrado no asociado a proteinas

En mitocondrias, cloroplastos y En mitocondrias, cloroplastos y procariontesprocariontes, los ribosomas son de menor tamaño , los ribosomas son de menor tamaño que los ribosomas citoplasmáticos eucariontes.que los ribosomas citoplasmáticos eucariontes.

Los cloroplastos y las mitocondrias responden a los antibióticosLos cloroplastos y las mitocondrias responden a los antibióticos tal cual ocurre contal cual ocurre conlas bacterias.las bacterias.

Diferente código genético al Diferente código genético al GenómicoGenómico EucarionteEucarionte

MPbacteria citosol

METABOLISMOMETABOLISMO

Anabolismo + CatabolismoAnabolismo + Catabolismo

Síntesis + DegradaciónSíntesis + Degradación

Respiración celularRespiración celularSíntesis proteicaSíntesis proteica

SSííntesisntesis de ATP de ATP

FosforilaciFosforilacióónn del del SustratoSustrato

El El fosfatofosfato eses transferidotransferidodesdedesde el el sustratosustrato al ADP al ADP

GlicGlicóólisislisis, , CicloCiclo de Krebs de Krebs

1122

33

44

Metabolismo en la matriz mitocondrialMetabolismo en la matriz mitocondrial

UBICACIÓN DEL PROCESO DE FOSFORILACION OXIDATIVAUBICACIÓN DEL PROCESO DE FOSFORILACION OXIDATIVA

Resumen del Metabolismo Productor de EnergíaResumen del Metabolismo Productor de Energía

β-oxidación de ácidos grasos

glicólisis

GlicolisisGlicolisis(citoplasma)(citoplasma)

Resultado NetoResultado Netocada Glucosa genera:cada Glucosa genera:

2 NADH2 NADH2 ATP2 ATP

2 Piruvato 2 Piruvato →→ Ciclo KrebsCiclo Krebs

22

22

22

22

22

22

Oxidación de PiruvatoOxidación de Piruvato

Piruvato Deshidrogenasa

2 Piruvato 2 Acetil Coenzimo A(Acetil CoA)Glucosa

Glicólisis

Resultado NetoResultado NetoPor cada molécula de Glucosa:Por cada molécula de Glucosa:

2 NADH2 NADH

2 2 AcetilAcetil CoenzimoCoenzimo A A →→ Ciclo KrebsCiclo Krebs

Ciclo del Ácido Cítrico (Ciclo de los ácidos (Ciclo de los ácidos tricarboxílicostricarboxílicos

o Ciclo de o Ciclo de KrebsKrebs))

Acetil CoA

Citrato

cis-aconitato

Isocitrato

α-cetoglutarato

Succinil-CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Oxalacetato

H2O

CO2

H2O

H2O

CO2

NAD+

NAD+

NAD+

NADH

NADH

NADH

FAD

FADH2

Resultado NetoResultado NetoPor cada molécula Por cada molécula

de Glucosa:de Glucosa:

6 NADH6 NADH

2 FADH22 FADH2

2 GTP 2 GTP →→ 2 ATP2 ATP

ββ--Oxidación de Oxidación de AcidosAcidos GrasosGrasos

Resultado NetoResultado NetoPor cada ciclo:Por cada ciclo:

1 FADH21 FADH21 NADH1 NADH

1 1 AcetilAcetil CoACoA

Ácido graso activado

Las 3 Las 3 subvíassubvías de la respiración:de la respiración:1.1.-- la glicólisis ocurre en el la glicólisis ocurre en el citosolcitosol, produciendo 2 , produciendo 2 moléculas de ATPmoléculas de ATP

2.2.-- el ciclo de el ciclo de KrebsKrebs ocurre en la ocurre en la matriz matriz mitocondrialmitocondrial, produciendo 2 moléculas de ATP, produciendo 2 moléculas de ATP

3.3.-- la cadena respiratoria ocurre en las la cadena respiratoria ocurre en las crestas crestas mitocondrialesmitocondriales (membrana interna de la (membrana interna de la mitocondria), requiere de O2, produciendo 34 mitocondria), requiere de O2, produciendo 34 moléculas de ATPmoléculas de ATP

MECANISMO GENERAL DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVAMECANISMO GENERAL DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Fermentación: producción de ATP en ausencia de oxígenoHidrólisis anaeróbica del piruvato: ocurre cuando no hay Oxígeno suficiente

(actividad muscular intensa). El piruvato proveniente de la glicólisis es transformado en lactato, restableciendo el NAD+ consumido en el paso 6 de la glicólisis

CLOROPLASTOSCLOROPLASTOS

Los cloroplastos son orgánulos mayores que las mitocondrias y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales ni hongos.

Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila.

Los cloroplastos desempeñan una función más importante que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, además de la liberación de oxígeno.

Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

Los cloroplastos son orgánulos con forma de disco

Están en mayor cantidad en las células de las hojas (hacia la luz).

Cada cloroplasto está recubierto por una membrana doble.

El cloroplasto contiene en su interioruna sustancia básica denominadaestroma, la cual está atravesadapor una red compleja de discos :tilacoides.

Muchas de los tilacoides se encuentran apiladas como si fueran platillos;a estas pilas se les llama grana

REACCIONES QUÍMICAS QUE OCURREN EN LOS CLOROPLASTOSREACCIONES QUÍMICAS QUE OCURREN EN LOS CLOROPLASTOS

Fotosíntesis

Fijación de Carbono

ATP + NADPH

CitosolCitosolCloroplastoCloroplasto

H2O O2

CO2

Gliceraldehido 3-FAzucares

AminoácidosAcidos grasos

Fotosíntesis:Fotosíntesis:

1.- Fase luminosa: ocurre en tilacoide (transferencias de e-).

2.- Fase oscura: ocurre en el estroma (fijación de carbono).

FASE LUMINOSAFASE LUMINOSA

1.- Síntesis de ATP o fotofosforilación.2.- Sintesis de poder reductor NADPH 3.-Fotolisis del agua

Los pigmentos presentes en los tilacoides se encuentran organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía.

Existen dos tipos de fotosistemas:

1.- El fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm) y se conoce como P700.

2.- El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680.

FASE LUMINOSAFASE LUMINOSA

La luz es recibida en el FSII (P680) que se oxida al liberar un La luz es recibida en el FSII (P680) que se oxida al liberar un electrón que asciende a un nivel electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia aceptoraaceptora de electrones que se de electrones que se reduce, la reduce, la PlastoquinonaPlastoquinona (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de electrones, entre los que están varios transportadora de electrones, entre los que están varios citocromoscitocromos ((cytcyt b/f) y así llega hasta b/f) y así llega hasta la la plastocianinaplastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI.(PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI.

estromaestroma

tilacoidetilacoide

En el paso por esta cadena, con oxidación y reducción , el electEn el paso por esta cadena, con oxidación y reducción , el electrón va liberando la rón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombearenergía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoidestilacoides, generando un , generando un gradiente electroquímico de protonesgradiente electroquímico de protones..Estos protones vuelven al estroma a través de la Estos protones vuelven al estroma a través de la ATPasaATPasa y se y se originan moléculas originan moléculas de ATPde ATP. .

estromaestroma

tilacoidetilacoide

El El fotosistemafotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de de H2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógenH2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógeno y oxígeno, o y oxígeno, en el proceso llamado fotólisis del H2O. en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones dDe este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua esde el agua hacia el hacia el fotosistemafotosistema II y de éste al II y de éste al fotosistemafotosistema I.I.

estromaestroma

tilacoidetilacoide

En el En el fotosistemafotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones , la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones , la ferredoxinaferredoxina y pasa por y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+NADP+ que es que es reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón H+H+ que también que también procede de la descomposición del H2O.procede de la descomposición del H2O.

Los dos Los dos fotosistemasfotosistemas pueden actuar conjuntamente pueden actuar conjuntamente -- proceso conocido como proceso conocido como esquema en Zesquema en Z, para producir la , para producir la fotofosforilaciónfotofosforilación (obtención de ATP) o hacerlo (obtención de ATP) o hacerlo solamente el solamente el fotosistemafotosistema I.I.

FotofosforilaciónFotofosforilación no cíclica corresponde a los dos FS (ATP, NADPH y Ono cíclica corresponde a los dos FS (ATP, NADPH y O22))

FotofosforilaciónFotofosforilación cíclica corresponde solo al FScíclica corresponde solo al FS--I (ATP)I (ATP)

FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA

FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA

FASE OSCURAFASE OSCURA

En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en laEn esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase fase luminosa, en reducir COluminosa, en reducir CO22, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos , Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidosglúcidos, aminoácidos y otras sustancias., aminoácidos y otras sustancias.

Las plantas obtiene el COLas plantas obtiene el CO22 del aire a través de los estomas de sus hojas.del aire a través de los estomas de sus hojas.

El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Ciclo de CalvinCalvin., en honor de su descubridor M. ., en honor de su descubridor M. CalvinCalvin..

REACCION DE FIJACIÓN DE CARBONOREACCION DE FIJACIÓN DE CARBONO

REACCION DE FIJACIÓN DE CARBONOREACCION DE FIJACIÓN DE CARBONO

La fijación del CO2 tiene 3 fases:

Carboxilativa: El CO2 se fija a laribulosa 1,5 difosfato, asi se forma un compuesto inestableque se divide en dos moléculas de 3-difosfoglicerato

Reductiva: El 3-difosfogliceratose reduce a gliceraldehido 3-F,utilizándose ATP Y NADPH.

Regenerativa/Sintética: Lasmoléculas de gliceraldehido 3-Fsiguen diversas rutas.De cada seis moléculas,cinco se utilizan para regenerarla ribulosa 1,5 difosfato y hacerque el ciclo de calvin pueda seguiry una será empleada para podersintetizar moléculas de:glucosa, ácidos grasos, aa.. etc

Diferentes rutas para el Diferentes rutas para el GliceraldehidoGliceraldehido 33--fosfatofosfato

Regulada por la Regulada por la concentracionconcentracion de COde CO22

FotorespiraciónFotorespiración(oxidación de azucares(oxidación de azucares

hasta COhasta CO22 y Hy H22O)O)

En el ciclo para fijar el CO2, intervienen una serie de enzimas, y la más conocida es la enzima Rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa/oxidasa), que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2.

FINFIN