Biologia Celular

Introducción a la Célula

Capítulo XIII

Producción de energía en mitocondrias y cloroplastos

- La Tierra tiene 4,6 mil millones de años. Fósiles formados hace 3,5 mil millones de años sugieren que entonces ya existían bacterias fotosintéticas que producían oxígeno.

- Las células obtienen la mayor parte de su energía a través de mecanismo de membranas (mitocondria)

- El principal motor energético de la célula es el ATP (adenosín trifosfato)

- La mayor parte del ATP es producido por un sistema de membranas en la mitocondria (y también en cloroplastos en las células vegetales)

- Un mecanismo similar ocurre en la membrana celular de muchas bacterias, es por esto que la producción de ATP comenzó muy temprano en la historia de la vida.

- Este mecanismo consta de dos fases: Fase 1: Los electrones provenientes de de la oxidación de moléculas alimenticias son transferidos a lo largo de una cadena de transporte de electrones que se encuentran en la membrana, estas transferencias liberan energía que es utilizada para bombear protones (H, derivados del agua de células) a través de la membrana generándose así un gradiente electroquímico de protones. Esta gradiente es una forma de guardar energía, que es aprovechada para realizar un trabajo útil cuando se permite a los iones fluir a través de la membrana a favor de su gradiente. Fase 2: Los H fluyen a favor de su gradiente electroquímico gracias a un complejo proteico ATP sintasa, el cual cataliza la síntesis de ATP a partir de ADP (adenosin difosfato) y fosfato inorgánico. La ATP sintasa actúa como una turbina permitiendo la síntesis de ATP.

- Acoplamiento quimiosmótico: Son las reacciones químicas que forman un enlace químico que sintetizan ATP y el proceso de transporte de membrana (flujo de protones). Es la acción central de la respiración aeróbica que produce ATP en las mitocondrias y bacterias aeróbicas.

- El Oxígeno molecular actúa como el aceptor final de electrones, produciendo agua como producto de desecho.

- En el acoplamiento quimiosmótico de la fotosíntesis los electrones necesarios provienen de la luz sobre el pigmento verde clorofila.

Las Mitocondrias y la Fosforilación oxidativa

- Las mitocondrias son el motor de las células y producen la energía necesaria para todos los procesos metabólicos de éstas.

- Las Mitocondrias metabolizan grupos acetil a través del ciclo del ácido cítrico, produciendo como producto desecho CO2 y NADH (Una molécula transportadora activada que transporta electrones de alta energía.

- El NADH cede sus electrones de alta energía a la cadena de transporte de electrones de la membrana mitocondrial y así se oxida a NAD+. Estos electrones pasan rápidamente a lo largo de la cadena hasta el oxígeno molecular formando agua.

- El proceso que supone tanto el consumo de Oxígeno como la síntesis de ATP a través de la adición de un grupo fosfato al ADP se denomina Fosforilación Oxidativa.

- La Mitocondrias poseen su propio DNA y RNA, además de un sistema completo de transcripción y traducción, incluyendo ribosomas, lo que le permite sintetizar alguna de sus propias proteínas.

- La Mitocondria cambia constantemente de forma y de posición, es por esto que a veces se sitúan cerca del lugar donde deben aportar energía.

- En las fibras musculares del corazón por ejemplo las mitocondrias están localizadas cerca del aparato contráctil, mientras que en el espermatozoide están estrechamente enrolladas alrededor del flagelo.

- La Mitocondria esta delimitada por dos membranas especializadas, una envolviendo a la otra, jugando un papel muy importante.

- Estas dos membranas definen dos compartimentos mitocondriales: Un voluminoso espacio llamado matriz y un espacio intermembrana mucho mas estrecho.

- Cada uno de los compartimentos tiene una colección característica de proteínas.

- La membrana mitocondrial externa contiene muchas proteínas de transporte llamadas porinas la cual forma amplios canales acuosos a través de la bicapa lipídica. Esta membrana externa es permeable a todas las moléculas de menos de 500 daltons, incluyendo proteínas pequeñas.

- La membrana mitocondrial interna es impermeable al paso de iones y a muchas pequeñas moléculas, excepto cuando existen proteínas de transporte a través de la membrana. Es por esto que la matriz solo contiene las moléculas que son transportadas selectivamente a ella a través de la membrana mitocondrial interna, por lo que su contenido es muy especializado.

- La Membrana interna contiene proteínas con tres tipos de funciones: 1.- Las que llevan a cabo reacciones de oxidación de la cadena de transporte de electrones. 2.- La ATP sintasa que produce ATP en la matriz 3.- Proteínas de transporte que permiten el paso de metabolitos hacia la matriz y hacia el exterior.

- El espacio intermembrana contiene varias enzimas que utilizan el ATP que sale de la matriz para fosforilar otros nucleótidos.

- Las crestas mitocondriales formadas por los pliegues de la membrana interna incrementan la superficie en la que tiene lugar la síntesis de ATP.

- Cuando la glucosa es transformada a piruvato por la glucólisis, se libera menos del 10% del total de energía libre potencialmente útil de la glucosa. En las mitocondrias, el metabolismo de los azúcares es completo, y la energía liberada es aprovechada de forma eficiente ya que se producen 30 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada, mientras que ene la glucólisis solo se producen 2 ATP por molécula de glucosa.

- Las mitocondrias utilizan el piruvato y los ácidos grasos como combustible. El piruvato proviene de la glucosa y de otros azúcares y los ácidos grasos provienen de las grasas.

- Ambas tipos de moléculas se transportan a traves de la membrana mitocondrial interna y son transformadas por enzimas en Acetil CoA Luego los grupos acetil del acetil CoA son oxidados en la matriz gracias al ciclo del ácido cítrico (ciclo de krebs), el cual produce CO2 que es eliminado de la célula como producto de desecho y genera electrones de alta energía, que son transportados por las moléculas transportadoras activadas NADH y FADH2.

- Estos electrones de alta energía

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