4. BIOENERGETICA MITOCONDRIAL

4.1 Hipótesis quimiosmótica y Potencial electroquímico de protón

Un gradiente electroquímico es una variación espacial tanto del potencial eléctrico como de la concentración de sustancia a través de una membrana. Ambos componentes son frecuentemente debidos a los gradientes iónicos (especialmente gradientes de protones), y de ellos puede resultar un tipo de energía potencial disponible para la realización de las distintas actividades celulares. Esto puede ser calculado como una medida termodinámica y combina los conceptos de energía almacenada en forma de potencial químico (que representa el gradiente de concentración de un ión a través de una membrana celular) y la energía electrostática, (lo que explica la tendencia de un ión a moverse en relación al potencial de membrana).

La magnitud termodinámica de interés en los procesos de transporte de un soluto a través de una membrana es el denominado Potencial Electroquímico del soluto. Se define como la variación de energía libre que ocurre cuando se transporta un mol del soluto a través de una membrana manteniendo constantes tanto las concentraciones del soluto en los compartimentos de llegada y de salida como el potencial de membrana. Es pues una magnitud que tiene sentido asumiendo condiciones de estado estacionario durante el proceso de transporte.

4.2 Estructura y función de la cadena respiratoria

Los electrones se transportan desde moléculas poco oxidantes hasta el oxígeno que es la molécula más oxidante de la cadena. Las moléculas que inician este transporte de electrones son NADH Y FADH, es decir son las moléculas menos oxidantes de la cadena. Una vez que los electrones son entregados al oxígeno, se forma Agua.

Debido a que la cadena sólo transporta electrones, los protones son bombeados hacia fuera de la mitocondria, lo que crea un gradiente de protones con una carga muy positiva afuera de la mitocondria y una carga muy negativa adentro. Este gradiente obliga a los protones a volver a entrar a la mitocondria y en el paso hacia adentro pasan por una enzima que forma un túnel de protones llamada ATP sintasa que con la fuerza de entrada de los protones, forma ATP.

4.3 Fosforilación oxidativa y síntesis de ATP

El fundamento de la fosforilación oxidativa es que la oxidación y la síntesis de ATP se acoplan mediante flujos de protones a través de la membrana. Ocurre en la membrana interna mitocondrial. Se realiza por medio de la ATP sintasa con sus dos complejos Fo y F1 formados por componentes móbiles y estáticos. Aprovechando el gradiente de protones que se crea en la cadena respiratoria la ATP sintasa sintetiza ATP a partir de ADP + Pi. 

4.4 Genoma mitocondrial y enfermedades relacionadas

Las enfermedades mitocondriales son un grupo heterogéneo de alteraciones, caracterizadas por un fenotipo complejo en el que la mayoría de los pacientes presentan encefalopatía y pueden afectarse los músculos y otros órganos como corazón, hígado, riñones, retina, médula ósea, nervios periféricos y páncreas. La variación en sus manifestaciones clínicas puede explicarse no solo por la heterogeneidad en las mutaciones del ADNmt, sino también por mutaciones en el ADN nuclear que codifica gran parte de las subunidades proteicas de la cadena respiratoria, y más importante aún, por alteraciones del funcionamiento de las numerosas etapas que requiere esta cadena, las cuales están codificadas por ADN nuclear.

De todas ellas, la más frecuente es el síndrome de Leigh, que no se manifiesta hasta después del primer año de vida, cuando se produce una regresión con hipotonía y aparecen alteraciones del sistema nervioso central (síndrome piramidal, ataxia, oftalmoplejía, ptosis, nistagmo, distonía, temblor, atrofia óptica, neuropatía periférica y dificultad respiratoria).

Las mitocondriopatías asociadas a defectos de genes mitocondriales muestran gran variedad de fenotipos y se han descrito más de 70 mutaciones relacionadas con estas afecciones.

www.youtube.com/watch?v=sUouBS0JiPM