Si existe un daño en las mitocondrias de una persona ¿cuál de los siguientes procesos se verían directamente afectados?, explíquelos brevemente:

a) Glucólisis

La glucólisis tiene lugar en el fluido citoplasmático de la célula, fuera de las mitocondrias y no requiere la presencia de oxigeno. Por esta razón, se dice que la degradación glucolítica de la glucosa es anaeróbica.

La glucólisis produce dos moléculas de ATP directamente y dos moléculas de NADH. Estas moléculas de NADH, producidas en el citoplasma, no pueden cruzar la membrana interna de la mitocondria, pero otras moléculas transfieren los electrones contenidos en el NADH al interior de la mitocondria.

Debido a que la glucólisis no es un proceso aeróbico, es decir que no requiere de oxigeno para su desarrollo, y además se lleva a cabo en el citoplasma; no se vería afectado por el daño mitocondrial.

b) Ciclo de krebs

El ciclo de krebs que tiene lugar dentro de las mitocondrias, completa la ruptura de la glucosa al descomponer un derivado del acido pirúvico hasta dióxido de carbono. Produce dos moléculas de ATP, seis de NADH y dos de FADH2, o un total de 24 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

El ciclo de Krebs ocurre en la matriz de las mitocondrias, por lo tanto se vería afectado ante un daño mitocondrial.

c) Transporte de electrones

El sistema de transporte de electrones conocido también como cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria, se localiza en la membrana mitocondrial interna. Esta formado por varios complejos de proteínas grandes y por dos pequeños componentes independientes, la ubiquinona y el citocromo c.

Las células de todos los eucariotas contienen orgánulos intracelulares conocidos con el nombre de mitocondrias que producen ATP. Las fuentes de energía como la glucosa son inicialmente metabolizados en el citoplasma y los productos obtenidos son llevados al interior de la mitocondria donde se continua el catabolismo usando rutas metabólicas que incluyen el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, la beta oxidación de los ácidos grasos y la oxidación de los aminoácidos. El resultado final de estas rutas es la producción de dos donadores de electrones: NADH y FADH2. Los electrones de estos dos donadores son pasados a través de la cadena de electrones hasta el oxígeno, el cual se reduce para formar agua. Esto es un proceso de múltiples pasos que ocurren en la membrana mitocondrial interna. Entonces al verse afectada la membrana mitocondrial, se ve afectado también el transporte de electrones.

d) Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa atrapa la energía en la forma de ATP de alta energía. Para que la fosforilación oxidativa continúe, se deben reunir dos condiciones principales. Primero, la membrana mitocondrial interna debe estar físicamente intacta de tal manera que los protones solamente puedan re-ingresar a la mitocondria por el proceso que esta acoplado a la síntesis de ATP. Segundo, se debe desarrollar una concentración alta de protones fuera de la membrana mitocondrial interna.

La energía del gradiente de protones se conoce con el nombre de potencial quimioosmotico, o fuerza motil de protones (PMF). Este potencial es la suma de las diferencias de concentración de protones a través de la membrana y de la diferencia en la carga eléctrica a través de la membrana. Los dos electrones del NADH generan un gradiente de 6 protones. Así, la oxidación de un mol de NADH lleva a una disponibilidad de PMF con una energía libre de aproximadamente –31,2 kcal (6 x –5,2 kcal). La energía del gradiente se utiliza para la síntesis de ATP cuando los protones se transportan siguiendo su gradiente termodinámico dentro de la mitocondria.

Los electrones regresan a la matriz mitocondrial a través de la proteína de membrana denominada ATP sintasa (o complejo V). La sintasa de ATP es complejo proteico compuesto de múltiples subunidades que se une al ADP y al fosfato inorgánico en su sitio catalítico, y que requiere un gradiente de protones para su actividad. La ATP sintasa esta compuesta de 3 fragmentos: F0, que se localiza en la membrana; F1, que protruye desde la membrana mitocondrial interna hacia la matriz mitocondrial; y la proteína que le confiere sensibilidad a la oligomicina (OCSP), que conecta los fragmentos F0 y F1. Cuando la membrana mitocondrial esta dañada, es permeable a los protones, la reacción de la ATP sintasa es activa pero en la dirección reversa y actúa como una hidrolasa de ATP o ATPasa.

e) Fermentación

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.

BIBLIOGRAFÍA

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· Principios de Anatomía y Fisiología. Novena Edición, Gerar J. Tortora- Sandra Reynolds Grabowski. Pág. 86 – 87

LINKOGRAFÍA

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· http://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias/neurobioquimica/libros/celular/mitocondria.html

· http://es.wikipedia.org/wiki/Fermentaci%C3%B3n

·http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/oxidative-phosphorylation-sp.html http://mediateca.educa.madrid.org/reproducirFS.php?id_video=oa267ythtai3otfd

ADN Mitocondrial. Aplicaciones en Medicina Forense. Mitocondriopatías

La mitocondria es un organelo con doble membrana que cumple una función central en la producción de ATP; se le conoce comúnmente como “generador” de la célula.

La matriz mitocondrial o mitosol contiene menos moléculas que el citosol, aunque contiene iones, metabolitos a oxidar, ADN circular bicatenario muy parecido al de las bacterias, ribosomas tipo 70S similares a los de bacterias, llamados mitorribosomas, que realizan la síntesis de algunas proteínas mitocondriales, y contiene ARN mitocondrial; es decir, tienen los orgánulos que tendría una célula procariota de vida libre. En la matriz mitocondrial tienen lugar diversas rutas metabólicas clave para la vida, como el ciclo de Krebs y la beta-oxidación de los ácidos grasos; también se oxidan los aminoácidos y se localizan algunas reacciones de la síntesis de urea y grupos hemo.

Funciones de la Mitocondria:

Los nutrientes se escinden en el citoplasma celular para formar ácido pirúvico que penetra en la mitocondria. En una serie de reacciones, parte de las cuales siguen el llamado ciclo de Krebs o del ácido cítrico, el ácido pirúvico reacciona con agua para producir dióxido de carbono y diez átomos de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno se transportan hasta las crestas de la membrana interior a lo largo de una cadena de moléculas especiales llamadas coenzimas. Una vez allí, las coenzimas donan los hidrógenos a una serie de proteínas enlazadas a la membrana que forman lo que se llama una cadena de transporte de electrones.

La cadena de transporte de electrones separa los electrones y los protones de cada uno de los diez átomos de hidrógeno. Los diez electrones se envían a lo largo de la cadena y acaban por combinarse con oxígeno y los protones para formar agua.


La energía se libera a medida que los electrones pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y se almacena en compuestos de la cadena de transporte de electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas interna y externa. Los protones sólo pueden volver a la matriz por una vía compleja de proteínas integradas en la membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana permite a los protones volver a la matriz sólo si se añade un grupo fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en un proceso llamado fosforilación.

El ATP se libera en el citoplasma de la célula, que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones que necesitan energía. Se convierte en ADP, que la célula devuelve a la mitocondria para volver a fosforilarlo.

Entonces podemos decir que la mitocondria tiene como funciones:

• Oxidación de metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos)
• Obtención de ATP mediante la fosforilación oxidativa.
• También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas partículas como restos de virus y proteínas.
• La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia.

Si la mitocondria se daña puede ocasionar enfermedades ya que el ADN mitocondrial humano contiene información genética para 13 proteínas mitocondriales y algunos ARN; no obstante, la mayoría de las proteínas de las mitocondrias proceden de genes localizados en el ADN del núcleo celular y que son sintetizadas por ribosomas libres del citosol y luego importadas por el orgánulo. Se han descrito más de 150 enfermedades mitocondriales, como la enfermedad de Luft o la neuropatía óptica hereditaria de Leber. Tanto las mutaciones del ADN mitocondrial, como del ADN nuclear dan lugar a enfermedades genéticas mitocondriales, que originan un mal funcionamiento de procesos que se desarrollan en las mitocondrias, como alteraciones de enzimas, ARN, componentes de la cadena de transporte de electrones y sistemas de transporte de la membrana interna; muchas de ellas afectan al músculo esquelético y al sistema nervioso central.

El ADN mitocondrial puede dañarse con los radicales libres formados en la mitocondria; así, enfermedades degenerativas relacionadas con el envejecimiento, como la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer y las cardiopatías pueden tener relaciones con lesiones mitocondriales.

Investigación reciente sobre la mitocondria

Las mitocondrias se utilizan para buscar los ancestros de organismos que contienen células eucarióticas. Entre los mamíferos, las mitocondrias tienden a seguir una pauta de herencia materna.

Cuando una célula se divide, las mitocondrias se reproducen con independencia del núcleo. Las dos células hijas formadas después de la división reciben cada una la mitad de las mitocondrias. Cuando el espermatozoide fecunda al óvulo, sus mitocondrias quedan fuera del huevo. El cigoto fecundado hereda sólo las mitocondrias de la madre. Esta herencia materna crea un árbol familiar que no se ve afectado por la recombinación de genes que tiene lugar entre el padre y la madre.

Una comparación reciente de muestras de mDNA humano sugiere que la humanidad desciende de una mujer que vivió en África hace entre 140.000 y 290.000 años. Muestras genéticas tomadas de grupos étnicos africanos, asiáticos, australianos, europeos y de Nueva Guinea han revelado un número específico de tipos de mDNA. La comparación de estos tipos ha permitido a los científicos construir un árbol genealógico que sugiere que los distintos grupos empezaron probablemente a evolucionar por separado. En este árbol, el mDNA africano ocupa la rama más larga y antigua y de ella brotan los demás grupos étnicos. Probablemente había muchas otras mujeres vivas en la época de la llamada Eva mitocondrial, pero sus líneas de herencia materna se han extinguido. Esto ocurre habitualmente cuando una generación de una familia no produce ninguna hija.

El análisis de mDNA se aplica también en investigación forense. Recientemente se ha establecido la identidad de unos esqueletos atribuidos a Nicolás II, último zar de Rusia, y a su familia utilizando mDNA. El obtenido de un pariente vivo de la familia del zar resultó ser idéntico al encontrado en los restos de Alejandra de Rusia, esposa de Nicolás, y en tres de sus hijos. Como el mDNA se hereda por línea materna, el del esqueleto del zar no coincidía con el hallado en los restos de la zarina y de sus hijos.

Según investigaciones recientes, unas pocas enfermedades heredadas por línea materna son imputables a defectos del mDNA, entre ellas algunas patologías neuromusculares y ciertas formas de diabetes mellitus.