1. Modelos de organización celular: procariota y eucariota




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título1. Modelos de organización celular: procariota y eucariota
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9. PEROXISOMAS.



Son pequeños orgánulos similares a los lisosomas, rodeados por una membrana y con forma esférica. Están implicados en reacciones de oxidación como las mitocondrias. Usando O2 pueden oxidar sustratos diferentes (incluido tóxicos) gracias a unas enzimas llamadas oxidasas. En la reacción de oxidación se produce peróxido de hidrógeno (H2O2), llamado también agua oxigenada. La reacción de la oxidasa para una sustancia X sería: O2 + X-H2  X + H2O2

El H2O2 es una sustancia muy tóxica para la célula al ser muy oxidante, por eso se elimina rápidamente con otra enzima del peroxisoma llamada catalasa, que utiliza el H2O2 para oxidar a otras sustancias incluido tóxicos, por eso los peroxisomas tienen funciones de detoxificación, por ejemplo casi la mitad del etanol que se ingiere es oxidado en los peroxisomas (abundan mucho en el hígado que es un órgano detoxificador). La reacción de la catalasa para una sustancia X sería:

H2O2 + X-H2  X + 2 H2O

Como se observa la sustancia X se ha oxidado (pierde hidrógenos) y el peróxido de hidrógeno que es tóxico se elimina. El ejemplo del alcohol sería: H2O2 + CH3-CH2OH  CH3-CHO + 2 H2O como se observa el alcohol pierde dos hidrógenos (se oxida) y el peróxido de hidrógeno se elimina, en este caso la catalasa actúa detoxificando dos tóxicos a la vez: el alcohol y el peróxido de hidrógeno.

Los peroxisomas, además de oxidar sustancias y detoxificar, también tienen la función de acortar los ácidos grasos de cadena larga (-oxidación de los ácidos grasos) que es un proceso que también tiene lugar en las mitocondrias.

En las células de algunas semillas en germinación, existen unos peroxisomas llamados glioxisomas responsables de un proceso llamado el ciclo del glioxilato que produce la conversión de ácidos grasos a glúcidos (ningún animal puede pasar lípidos a glúcidos, aunque sí al contrario por eso los dulces engordan porque ingeridos en altas cantidades se transforman en lípidos y se almacenan en tejido adiposo del cuerpo) para que la planta que germina disponga de glucosa (si almacenamos la misma cantidad de lípidos que de glúcidos, los lípidos ocupan menos al no almacenarse hidratados y la semilla no tiene que ser tan grande para contener los nutrientes).

10. MITOCONDRIA.



L
as mitocondrias son los orgánulos de las células eucariotas aerobias que se encargan de obtener energía mediante la respiración celular, es decir, de realizar la mayoría de las oxidaciones celulares y producir la mayor parte del ATP de la célula. Tienen aspecto de bacterias con diferentes formas y con un tamaño medio que oscila entre 1 y 4 m de longitud y menos de 1m de diámetro (0,3 – 0,8 m). Se encuentran en grandes cantidades en todas las células eucariotas, y son especialmente abundantes en las células muy activas que necesitan mucha energía como las célula musculares y los espermatozoides. Por ejemplo un hepatocito tiene más de mil mitocondrias. El conjunto de todas las mitocondrias de una célula se denomina condrioma.



Estructura de la mitocondria
Al microscopio electrónico se observa que poseen una doble membrana que delimita dos cámaras: un espacio interno llamado matriz o cámara interna, y un espacio intermembranoso, situado entre las dos membranas llamado espacio intermembrana o cámara externa.

  • la membrana mitocondrial externa es similar al resto de membranas celulares pero muy permeable por unas proteínas transmembranosas llamadas porinas que actúan como canales de penetración.

  • La membrana mitocondrial interna presenta unos repliegues hacia el interior de la matriz llamados crestas mitocondriales que aumentan mucho su superficie. Tiene un contenido en proteínas (80%) mucho mayor que cualquier otra membrana. Es bastante impermeable. En ella se encuentran las cadenas de transporte de electrones y enzimas entre los que destaca la ATPasa o ATP sintetasa o partículas F que constan de una cabeza esférica o complejo F1 y un pedúnculo o factor F0. La fracción F1 se proyecta hacia la matriz (sobresale de la membrana) y la fracción F0 está inmersa en la membrana.

  • La matriz mitocondrial contiene una gran variedad de partículas entre las que destacan ADN formado por una doble hélice circular, ribosomas llamados mitorribososmas (son 70S como los de los procariotas), una gran variedad de enzimas como los del ciclo de Krebs, los de la -oxidación de los ácidos grasos y los que forman acetil CoA (acetil coenzima A se verá en el tema del metabolismo).

  • El espacio intermembrana tiene una composición similar al citosol debido a la gran permeabilidad de la membrana mitocondrial externa.


Las mitocondrias siempre son de origen materno, ya que durante la reproducción sexual en animales el óvulo es el único gameto que aporta estos orgánulos al cigoto (la división de las mitocondrias del óvulo dan lugar a todas las mitocondrias de las células animales). El origen de las mitocondrias (teoría endosimbiótica) fue debido a bacterias fagocitadas que no fueron digeridas sino que se quedaron en simbiosis en el citosol de una célula eucariota anaerobia primitiva. Así , la bacteria se alimentaba de la célula primitiva y ésta obtenía el ATP y se convertía de célula anaerobia a aerobia. Esta teoría se ve corroborada por las similitudes entre bacterias y mitocondrias: forma y tamaño similares, ambos poseen ADN bicatenario circular, ribosomas 70S, la membrana mitocondrial interna no posee colesterol al igual que las bacterias... Lo mismo sucede con el cloroplasto que es muy similar a las bacterias y se explica su origen igual con la teoría endosimbiótica, únicamente cambia en que la bacteria fagocitada tendría un metabolismo oxidativo aerobio muy eficiente en el primer caso (mitocondria) y la bacteria fagocitada sería fotosintética en el segundo caso (cloroplasto).
Funciones de la mitocondria
Las mitocondrias producen energía (que se almacena en forma de ATP) mediante la oxidación de la materia orgánica utilizando O2 y desprendiendo CO2. Este proceso global se conoce como respiración celular o respiración mitocondrial y realmente consta de varios procesos que producen energía. En la mitocondria destacamos las siguientes funciones (o procesos o reacciones) que producen energía: En la matriz sucede el ciclo de Krebs, la formación de acetil-CoA y la -oxidación de los ácidos grasos y en la membrana mitocondrial interna se localizan las moléculas que realizan la cadena de transporte de electrones y la ATPasa que produce la fosforilación oxidativa (producción de ATP). Todos estos procesos se estudiaran en profundidad en el tema del metabolismo, aquí solo mencionaremos algunas generalidades.


  • Formación de acetil-.CoA: en la matriz diversas moléculas orgánicas como ácido pirúvico procedente de la glucólisis (degradación de la glucosa en el citoplasma), aminoácidos y ácidos grasos (procedente de la -oxidación de los ácidos grasos) se oxidan a acetil-CoA.




  • Ciclo de Krebs: también llamado ciclo de los ácidos tricarboxílicos, es un conjunto de reacciones que comienzan cuando el acetil-CoA (se lee acetil coenzima A) originado anteriormente introduce el grupo acetil en el ciclo de Krebs, donde es oxidado completamente hasta CO2, obteniéndose el coenzima A (que es utilizado otra vez en el proceso anterior para formar acetil-CoA), dos ATP y además compuestos reducidos (los coenzimas NAD+ y el FAD se reducen a NADH + H+ y FADH2 al recoger los hidrógenos quitados en la oxidación).




  • Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa: el NADH + H+ y FADH2 originados en el ciclo de Krebs aportan los electrones para la cadena de transporte de electrones, que consiste en una serie de moléculas de la membrana mitocondrial interna que transportan los electrones, hasta llegar a su aceptor final que es el oxígeno molecular (O2). Este transporte de electrones libera energía que se utiliza para transportar protones (H+) desde la matriz hasta el espacio intermembranoso.


L
a fosforilación oxidativa está acoplada a la cadena de transporte de electrones y utiliza el gradiente electroquímico generado por el flujo de protones para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (ADP + P). La fosforilación oxidativa sucede en las partículas F (ATPasa) ya que forma un canal por donde pasan los H+ de nuevo a la matriz, este flujo de H+ produce la energía necesaria para formar ATP. Al volver los H+ a la matriz se unen al O2 y a los dos electrones formándose agua.
Fíjate que una vez vistos todos estos procesos, al unirlos se cumple la fórmula de la respiración:
materia orgánica + O2  CO2 + H2O + energía (ATP)


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