7.1 Membranes i compartiments mitocondrials
7.2 Obtenció d'energia i oxidació de metabòlits a la matriu mitocondrial
7.2.2 Cadena respiratòria
7.2.3 Fosforilació oxidativa i desacoblament
7.2.5 Metabolisme aeròbic i anaeròbic durant l'exercici
Text del document
7. MITOCONDRIS Són els orgànuls que les cèl·lules eucariotes els permet utilitzar l’oxigen per obtenir atp a partir dels aliments, que són oxidats (treiem protons i e- de les molècules), que és exargonica (allibera energia). En els mitocondris l’o2 és l’acceptor final dels e-. La glucosa és normalment la molècula utilitzada per obtenir energia. Aquesta molècula es trenca i s’obtenen dos piruvats, s’anomena glucolisi i es produeix al citosol, es una reacció d’oxidació, perquè el nad passa a ser nadh.
En absència d’O2 (anaerobica) ha d’anar seguit de fermantació (va de piruvat a lactat) amb l’objectiu de tornar a obtenir els nadh oxidats (nad+) per noves glucolisis (FOTOS QUE HI HA A L’APARTAT DE MITOCONDRIS). Això dóna X ATP. Quan el procés aeròbic, els piruvats entren als mitocondris, on s’oxiden totalment fins a CO2, i es produeixen 15 vegades més ATP que si es només (glucolisi+fermentació). 7.1 MEMBRANES I COMPARTIMENTS MITOCONDRIALS Els mitocondris tenen dues membranes: la membrana mitocondrial externa i interna. Tenen origens diferents. La mitocondrial externa és molt permeable gràcies a les porines (deixa passar de tot). Són proteïnes de transport que estan a la membrana.
Són lamines beta incertades a la mme i forma una barril (estructura rigida) i té un diametre bastant gran (passen soluts no macromoleculars). La mitocondrial interna és molt impermeable, la difusió simple és practicament nula (deixa passar poques coses com O2) perquè té un lípid que es diu cardiolipina que fa la membrana molt impermeable. Té una altre característica: té un alt contingut de proteïnes (proporció 75%prot 25% lípids). Té totes les proteïnes de la cadena de transport d’e-; prot de complexes atp sintetasa i transport d’e-. Per funcionar aquestes han d’estar insertades en una membrana.
Tenim 2 espais: l’espai intermembrana que és molt semblant al citosol, i la matriu mitocondrial que esta dins de la membrana mitocondrial interna que és molt diferent al citosol, té un pH molt bàsic (molt alt), té poc protons, moltes càrregues negatives, té molt contingut d’enzims (cicle de krebs, cicle b-oxidació d’àcids grasos) solubles i es troben en aquesta cabitat, té entre 5/10 molècules de ADN. Aquest DNA té forma doble hèlix i circular (com les bacteries). No són 2n, si no que són variables (no només dos copies, si no entre 5 i 10).
Aquest dna no és complet i no serveix per fabricar tota una mitocondria, perquè molts gens mitocondrials s’han traslladat al nucli, conté gens per fabricar un 10% de proteïnes, lípids mitocondrials. La majoria s’han d’importar. Hi ha uns quants gens que s’han quedat allà i tmb hi trobarem mRNA, RNAt i ribosomes (maquinaria capaç de traduir el missatger). Així a dins de les mitocondries també es duu a terme la producció de proteïnes (traducció). 7.2 OBTENCIÓ D’ENERGIA A PARTIR DE NUTRIENTS PER PRODUIR ATP Els nutrients des de que els mengem fins que arriben als mitocondris. La reacció global per obtenir energia Mengem i els aliments passen per l’instesti prim.
Arriben en forma de macromolècules. A l’intestí hi ha dos tipus d’enzims: segregats pel pancreès i que es troben a la zona apical de cèl·lules intestinals (polisacarids--> monosacaraids/lipids-->acids grasos/proteïnes->aminoàcids). Les molècules són absorbides a través de les cèl·lules de l’epiteli intesinal, passan a la zona basal i a partir de la sang arriben a totes les cèl·lules del cos. Ara ho hem d’emmagatzemar o utilitzar-ho. Arriben al citosòl: -Aminoàcids (allà es queden) -Glucosa-->glucogen (granuls de glucògen)--> es troben en el citosòl. -A. Grassos--> s’emmagatzemen en forma de tracilglicèrids.
Hi ha cèl·lules que tenen la funció d’emmagatzemar els dos últims compostos amb més freqüència. Al teixit adipòs s’emmagatzemen els triacilglicèrids, i a les del pàncrees la glucosa. No ho fan per consum propi, sino que ho fan per transport. Quan utilitzem, trenquem el glucogen i el trenquem en molècules de glucosa al citosol, i duem a terme la oxidació a dos piruvats a partir de la glucolisi. Els triacilglicèrids els tallem i obtenim 3 àcids grassos. Primer utilitza les seves propies reserves de glucogen, quan s’acaben, movilitza el glucogen del fetge i comença a utilitzar la grassa propia i en tercera posició movilitza la grasa del teixit adipós.
Ara en el citosòl tenim piruvats i àcids grassos. Els fem entrar dintre els mitocondris i oxidem els seus carbonis fins a obtenir co2 i s’obté molt de ATP. Piruvat i àcids grassos s’oxiden fins a acetilCOA. . Els mitocondris funcionen amb 3 grups de reaccions. Cada grup de reaccions proporciona el que necessita el següent: 1) Oxidació de metabòlits (matriu mitocondrial): Àcids grassos i piruvat s’oxida fins a CO2 i obtenim nadh i fadh2. Molècultes que retenen els h+ i e- que han deixat anar les molècules.
2) Cadena respiratòria (membrana mitocondrial interna): FADH2 i NADH + O2 obtenim FAD I NAD+ i aigua perquè els hi hem près els electrons i protons a partir de transport d’e- i bombeig de protons, que els fem passar pel transport d’electrons, i bombeig de protons. Volem aconseguir un diferencial de protons (deriben del fadh i el nadh) cap a l’interior de l’espai intermembrana. 3) Fosforilació oxidativa: membrana mitocondrial interna produim sintesi d’atp. Com que hi ha un gradient de protons, utilitzem uns complexos proteícs que deixen passar els h+ a favor de gradient i com que es a favor d’atp, es forma energia.
Quan aquest gradient s’ha creat s’utilitza per crear ATP a partir de la ATPsintetasa. 7.2.1 OXIDACIÓ DE METABOLITS A LA MATRIU MITOCONDRIAL Oxidem dos tipus de metabolits: piruvat i àcids grassos. En el citosol es produeix la glucòlisi que d’una molècula de C6H12O6 obtenim dos molècules de priuvat. Aquests piruvats directament els fem entrar a dintre la matriu mitocondrial. Tenen 3C reduits i oxidem un d’aquest C i els eliminem en forma de CO2 i als altres els hi afegim dos molècules de coA, i obtenim dos acetilcoa que s’oxiden en el cicle de krebs (obtenim 2Co2, 3NADh i 1 FADH2). Els àcids grassos es troben al citosol i directament els fem entrar a dintre de la mitocondria.
Li afegim al final un coenzim acil coA i obtenim un acil coa, i el fem entrar en la B-oxidació d’àcids grassos, i aquí modifiquem el carbonis i obtenim acetil CoA. Aquest procés es repeteix fins que queden dos C. Amb l’acetil CoA, va a parar al cicle de krebs. 7.2.2. CADENA RESPIRATÒRIA CADENA DE TRANSPORT E- 2)CADENA RESPIRATORIA=CADENA DE TRANSPORT D'eUn NADH o FADH2 són molècules que transitoriament transporten e- i h+ de les molècules oxidades. Quan s'oxidin deixen anar els h+ i e NADH-->NAD+ +1H+ + 2eFADH2--> FAD+ +2H + 2e- La membrana té unes proteïnes capaces d'agafar els e- i passarlos entre elles.
Fisicament no estan en filera una darrera l'altre, estan disposades a l'atzar, a vegades fan col·lisions efectives, i a vegades no. Per transferir-se els e- han de col·lisionar entre elles. Aquestes col·lisions necessiten altres proteïnes que transporten e- que fan de llençaderes. Hi ha 3 complexes proteïcs molt grans que pràcticament no fan difusió lateral. N'hi ha de més petites (ubiquinona i citocrom c) fan difusió lateral (col·lisió). Algunes són efectives i altres no. Els e- sempre han d'anar d'una molècula que els prengui amb poca força i a una que els prengui amb molta força. Això ve determinant pel potencial redox.
Els e- passen de molècules de baix redox, a alt redox (alta afinitat pels e-). . A dalt de tot hi ha potèncials redox negatius (petits) i a baix un positiu (gran). El primer donador és el NADH i poc després el FADH2. Després tot seguit van havent-hi les proteïnes i per últim l'O2 que te el potencial redox més gran es l'acceptor de protons i e-. Baix redox --e---> alt redox : reacció exargònica (s'allibera energia). L'energia que s'allibera és proporcional a la diferència de redox entre el donador i acceptor d'e- i H+. En algunes transferències el canvi de redox és molt suau i en altres és molt suau. Quan hi ha un canvi tan important hi ha una alliberament d'energia molt notable.
I els transportadors són capaços d'agafar-la per bombejar protons en contra de gradient electroquímic des de la matriu cap a l'espai intermembrana. El resultat és la formació d'un gradient electroquímic de protons. Aquest gradient representa una energia emmagatzemada que es pot utilitzar de diferents maneres. Una d'elles és per formar ATP. 7.2.3. FOSFORILACIÓ OXIDATIVA. Es fa gracies a uns grans complexos proteïcs que s'anomenen ATP sintetases. Estan insertats dintre de la mem mito interna (com més mmi més atp). Aquest complex proteïc funciona deixan un lloc per on poden passar els protons a favor de gradient. Són canals de protons complexos.
En aquest procés s'allibera energia, perquè és a favor de gradient i aquests sintetasa són capaços d'aprofitar l'energia per emmagatzemar-la en l'enllça fosfor de l'ATP (formació d'ATP). Les ATP sintetases són complexes proteïcs enormes, i tenen dues parts: una insertada a la mmi (capacitat de transport) i una que està encarada cap a la matriu (funció enzimàtica, és la que unirá l'adp i el p inorgànic per formar ATP) les dues parts funcionen en colaboració l'una amb l'altre. Fsub0-->part amb funció de transport (mmi). Fsub1-->funció enzimàtica (encarada). foto estructura de l'atp sintasa Acoplarà el retorn de protons a la sintesi d'ATP.
La part F0 té una passen per aquest braç fan que el braç roti (F0), quan aquest rota part que es posa dintre la part F1. dintre del F1 (treball mecànic). La Quan F1 té els protons diferents subunitats: Un amb l'ADP, un amb el pinorganic i l'altre buit. Al rotar ajunta l'ADP amb el pinorgànic catalitzant un enllaç covalent tot i les seves càrregues negatives. Quan hi ha poc gradient de protons s'activa l'oxidació de metabòlits, mentre que un que té molt ATP es redueix l'oxidació. Aquesta energia que tenim emmagatzemada també es pot utilitzar per altres coses, però si l'utilitzem per una altre cosa, ja no es pot utilitzar per la producció d'ATP.
Els procesos competeixen entre ells per tornar els protons cap a la matriu. -Sintetases-->ATP -Proteïnes de transport acoblat perquè el funcionament de la mitocondria hi ha hagi molècules que necessiten un transport actiu que és acoblat a l'entrada de protons (piruvat, fosfat inorgànic, adp...). Tot els protons usats no els tindrem per sintetitzar ATP. 7.2.4. DESACOBLAMENT ENTRE TRANSPORT D'E- I SINTESÍ D'ATP A vegades es produeix un desacoblament entre el segon i el tercer (cadena respiratoria-fosforilació oxidativa). A vegades això passa quan posem el DNP (dinitrofenol). Es posa dintre de les membranes (molt dintre de la mmi) i deixa passar protons a favor . de gradient.
Si els protons passen per la dnp ja no poden passar per l'ATP sintetasa. Quan la cèl·lula ho detecta ocida més metabòlits, per això els tractaments amb DNP fan aprimar-se, pujen la temperatura perquè el transport de protons a favor de gradient allibera energia. Aquest desacoplament és artificila, però en determinats teixits, hi ha mitocondris on el desacoblament és natural. Teixit adipós brut (grassa fosca per culpa de que té molts mitocondris (són marrons), aquesta grassa té mitocondris especials que tenen a part d'ATP sintetases i prot de transport els protons poden tornar per la Termogenina.
Són ATP sintetases però només amb la part F0 (el braç dóna voltes i escalfa--> energia mecànica disipada en forma de calor). Aquest teixit té aquesta funció, es troba en animals acabats de nèixer (relació superficie volum que es refreda més fàcilment). Fins fa poc es pensava que desapareixia, però a partir d'uns experiments si mantenies gent gran a temperatures fredes els hi tornava a apareixer. Per tant aquesta grassa fosca és manté. 7.2.5 METABOLISME AERÒBIC I ANAERÒBIC DURANT L'EXERCICI Als músculs trobem dos tipus de cèl·lules: -Clares: fibres de contracció ràpida a partir d'un esforç ràpid i poc sostingut (pocs mitocondris).
-Fosques: fibres d'esforç lent i sostingut i de contracció lenta (molts mitocondris). Als músculs hi ha ATP per dur a terme esport durant 15s i prou, després se n'ha de fer més. CÈL·LULES CLARES La contracció és ràpida i molt forta però que dura poc (pots mantenir un periode curt de temps, ja que la glucosa s'ha acabat de seguida). La fermentació és un metabolisme molt ràpid. Aquest tipus de múscul es fa servir per activitats ràpides: springs, aixecament de peses, gimnas esportiu, ... MUSCULATURA FOSCA Permet un exercici més suau, una intensitat més suau però amb una durada més llarga. A l'hora d'obtenir ATP, és molt més lenta però el mitocondri és molt més efectiu.
Quan acaba la glucosa comença amb els lípids. La musculatura de l'esquena és fosca, la de les cames depèn. Depèn de l'exercici que dus a terme fa creixer un tipus de musculatura, i els factors genètics. .