Biogénesis de las Mitocondrias

Las mitocondrias surgen del crecimiento y división de otras ya existentes, por lo que las primeras deben **doblar su masa** en cada división celular y distribuirla entre las mitocondrias hijas; y las células que no se dividen, sustituyen sus mitocondrias por procesos de reciclaje. La fisión y fusión de las mitocondrias es un proceso complejo porque tienen dos membranas. Las tasas relativas de fisión y fusión están reguladas por GTPasas de las membranas. Para la biogénesis de nuevas mitocondrias se requiere de lípidos y proteínas. Los lípidos no los sintetiza, así que los importa del RE (fosfatidil colina/serina/etanolamina a la membrana externa) o de otras membranas indirectamente, descarboxilándolos después catalizando su catálisis a cardiolipina. La mayoría de las proteínas son codificadas por el genoma nuclear, aunque también por el genoma separado de cada mitocondria. Son sintetizadas por ribosomas en el citosol, e importadas al orgánulo. Las proteínas que median los procesos genéticos de la mitocondria son exclusivas de esta. Las mitocondrias viejas se destruyen por autofagia en procesos de reciclaje de sus moléculas. Además, los daños se resuelven por procesos de fisión, donde la segunda no queda dañada.

Elementos Necesarios para el Transporte de Proteínas al Interior de la Mitocondria

Para que una proteína entre pos-traduccionalmente con un tráfico unidireccional se requiere de la presencia de:

– Una o más secuencias señal que dirigen a las proteínas precursoras al subcompartimento adecuado de la mitocondria. – Las proteínas que van a la matriz tienen una secuencia señal en su extremo N- terminal con aminoácidos cargados positivamente. Están replegadas en α-hélice anfifílica con los aminioácidos polares hacia un lado (rojo y azul) y los no polares hacia el otro (amarillo).  – Una peptidasa señal que corte las secuencias señal de las proteínas precursoras – Una secuencia señal interna que está en proteínas de la membrana externa y del espacio intermembrana. No es eliminada. – Proteínas receptoras de la membrana externa reconocen la configuración en α-hélice e inician la translocación. – Chaperonas mantienen desplegadas a las proteínas para que puedan pasar desde el citosol a través del complejo TOM de la membrana externa. Este complejo transporta la secuencia señal de la proteína al espacio intermembrana, además de ayudar a insertar proteínas en la membrana externa. – Los complejos TIM transfieren las proteínas a través de la membrana interna. – Las hsp70 tiran del precursor con la secuencia señal hacia la matriz.

Características de las Proteínas que Entran en las Mitocondrias

– Tienen que estar ya completamente sintetizadas (post traduccional). – Son proteínas precursoras porque tienen secuencias señal. – Tienen que entrar a la mitocondria desplegadas, gracias a chaperonas Hsp70. – Han de unirse a receptores de la membrana externa y son trnaslocadas por las membranas mitocondriales por translocadores

Características Propias de las Proteínas que Deben Dirigirse a la Matriz Mitocondrial

– Tienen que unirse a proteínas receptoras de la membrana externa que reconocen sus péptidos señal. – Tienen que tener un péptido señal N-terminal . – Tienen que entrar desplegadas. Esto es posible gracias a las chaperonas Hsp70, que requieren ATP para liberarse de las proteínas. 

Transporte a la Membrana Interna y al Espacio Intermembrana

Para que la proteína se pueda insertar en la membrana interna necesita:

– Secuencia señal N-terminal. – Secuencias hidrofóbicas de paro a continuación de la N-terminal. En la matriz solo entra la N-terminal. La señal hidrofóbica evita que la proteína se siga translocando por la membrana interna. – TOM y TIM23 median también la translocación inicial me muchas proteínas importadas a la membrana interna y espacio intermembrana. – TOM tira del resto de la proteína por la membrana externa. Se corta la secuencia señal en la matriz.

La secuencia hidrofóbica puede:

– Permanecer anclada a la membrana interna, siendo proteínas de la membrana interna. – Ser cortada por proteasas, y pasar a ser proteínas del espacio intermembrana.

Otra ruta de transporte a estos destinos es en la que TIM23 transporta totalmente la proteína a la matriz. Una peptidasa señal corta el péptido N-terminal, quedando expuesta la secuencia señal hidrofóbica. Esta secuencia conduce a la proteína al OXA, que inserta la proteína en la membrana interna.

La mitocondria también debe transportar pequeños metabolitos a través de sus membranas. Atraviesan la membrana externa por porinas. En la membrana interna hay transportadores de metabolitos específicos. Son prteínas transmembrana multipaso que contienen secuencias señal internas (y ninguna N-terminal). Cruzan TOM y las chaperonas las guían al TIM22. Este, gracias al potencial de membrana las inserta en la membrana interna. OJO Solo se exportan proteínas cuando la célula va a sufrir apoptosis, por lo que el tráfico de proteínas citosol-mitocondria es unidireccional.

Fosforilación Oxidativa

Son las reacciones en las que el oxígeno reacciona con los electrones (transportados por NADH y FADH2) a través de la cadena transportadora. Se les llaman así porque liberan gran cantidad de energía que es utilizada por las enzimas de la membrana interna de la mitocondria para impulsar las transformaciones de ADP + Pi  ATP. Es decir, en este proceso, la membrana mitocondrial interna actúa como interconversora energética, porque transforma parte de la energía de oxidación de NADH y FADH2 en energía de enlace fosfato del ATP.

Tipos de Moléculas que Constituyen la Cadena Transportadora

Se llama cadena transportadora a todas las proteínas de membrana y moléculas pequeñas que median la secuencia ordenada de transferencia de electrones. Está constituida por:

– Citocromos: proteínas coloreadas que contienen un grupo hemo unido (anillo de porfirina con un átomo de hierro en el centro, mantenido por 4 átomos de N- en las esquinas de un cuadrado). – Proteínas Hierro-Azufre: 2 o 4 átomos de hierro se unen al mismo número de átomos de azufre y a cadenas laterales de cisteína. Forman un centro de hierro-azufre en la proteína. – Quinona: es el único transportador que no forma parte de una proteína. 2 átomos de Cu.1 flavina.

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