Tanto mitocondrias como peroxisomas están en todas las células, pero los cloroplastos están sólo en células fotosintéticas. Se trata de 3 orgánulos cuyo origen es endosimbioente, ya que hay muchas evidencias que apuntan en esa dirección, como el DNA similar al bacteriano que tienen en su interior,... En los peroxisomas no tenemos indicios tan claros de su origen endosimbionte, ya que no tienen DNA, pero hay otros mecanismos moleculares que apuntan hacia el origen endosimbionte.
MITOCONDRIAS
Encontramos 4 espacios diferentes:
- Membrana mitocondrial externa: Es una membrana muy permeable, de las más permeables que se conocen.
- Membrana mitocondrial interna: Es una de las membranas más impermeables que se conocen, para poder generar el gradiente para generar ATP. Encontramos muchos componentes del metabolismo en ella.
- En la matriz mitocondrial encontramos enzimas responsables de muchos ciclos celulares, como el ciclo de Krebs.
- En el espacio intermembrana encontramos muchos enzimas intercambiadores de nucleótidos.
El genoma de las mitocondrias de las levaduras es más lago que en humanos, debido a que a lo largo de la evolución, las mitocondrias han cedido sus genes al núcleo. En levaduras, el 80% de sus funciones están en el núcleo, mientras que en humanos asciende hasta el 95%, incluyendo 8 de 9 partes de los citocromos. En el núcleo también se sintetiza el tRNA específico de la mitocondria, que será necesario para que la mitocondria exprese sus genes. Se deberá transportar hacia la mitocondria.
Se desconocen exactamente los mecanismos de regulación.
Se empezó a estudiar el transporte con destino a mitocondrias a raíz de una deficiencia génica, que impide la expresión de la L – Ala – glioxilato – aminotransferasa. En algunos casos el enzima no se enviaba al peroxisoma, sino que iba a la mitocondria. Una vez se secuenció se observó que la diferencia radicaba en el cambio de un solo aminoácido, que supone la destinación mitocondria con respecto peroxisoma. Las membranas de la mitocondria pueden llegar a contactar, en las proteínas TOM y TIM, translocator outer / inner membrane. Estas uniones duran poco, pero permiten a las proteínas atravesar las dos membranas a la vez. Las proteínas que llegan a la mitocondria o bien quedarán en la MME o bien entrarán en la matriz. Las proteínas que quedan retenidas en la matriz tienen una señal de entrada en el TOM, pero tienen otra señal que indica que la proteína deberá quedarse anclada en la membrana, inhibiéndose el transporte por TIM. Las proteínas que llegan a la matriz eliminarán su señal de entrada en la mitocondria, y a continuación habrá 2 posibilidades. O bien han llegado ya a su destino, que es la matriz, o bien tienen otra señal de destino, que podrá ser el espacio intermembrana o la MMI. El mecanismo de transporte al espacio intermembrana se da de manera similar a los mecanismos de las bacterias.
La inserción en los complejos TOM y TIM se da en forma de proteína desplegada, gracias a chaperonas de tipo 70. Cuando llegue a la matriz, la proteína podrá entrar en un complejo de plegamiento, a no ser que tenga señal de redirección a otro destino. En el interior de la matriz, las proteínas son recogidas por chaperonas, que guiarán a la proteína al complejo de plegamiento. Pero en primer lugar se eliminará la señal de entrada, y si aparece la señal de redirección, la proteína no llegará al complejo de plegamiento, sino que se dirigirá hacia el espacio intermembrana o bien la MMI, mediante sistemas similares a las bacterias.
No solo se han de llevar proteínas a la mitocondria, sino que también se ha de llevar el tRNA, del que encontramos 4 tipos:
Síntesis Función
A Núcleo Citosólica B Mitocondria Mitocondrial
C Núcleo Citosólica / Mitocondrial D Núcleo Mitocondrial
En algunos protozoos encontramos una función de edición, ya que pueden intercambiar el código genético, en proceso conocido como RNA editing.
El tRNA se sintetiza en forma de cruz, pero con una cadena de 180 nucleótidos en el extremo 5’. Se han propuesto 2 sistemas de entrada del tRNA a la mitocondria.
- Unido a una proteína que tenga señal de entrada.
- Se cree posible que la secuencia de 180 nucleótidos mimetice la secuencia señal, que podría ser reconocida por la proteína de transporte, que de alguna manera desplegaría el RNA y lo insertaría en la mitocondria.
En caso de demostrarse la segunda teoría, eso permitiría usa la secuencia de 18’ nucleótidos para afectar el interior de la mitocondria, facilitando así la terapia génica.
CLOROPLASTOS
Existen no 4, sino 6 destinos posibles, ya que se ha de tener en cuenta que los tilacoides delimitan un nuevo espacio, a la vez que son otra membrana en sí. El transporte de proteínas hacia el interior de los cloroplastos se da de manera similar a las mitocondrias, anteriormente descrito, pero mediante las proteínas OEP y OIP.
Muchas de las cosas dichas anteriormente para las mitocondrias son válidas también en este apartado, teniendo en cuenta que hay 2 destinos más.
PEROXISOMAS
En un peroxisoma sólo hay una membrana, por lo que sólo hay 2 destinos diferentes. Debido a esto, hay mecanismos de entrada similares a la mitocondria, pero sólo a través de una membrana. El transportador es similar a TOM. En los peroxisomas se expresa la catalasa, ya que estos orgánulos son los encargados de eliminar el ion peróxido. En algunos tipos celulares, el peroxisoma podrá desempeñar otras funciones. En mamíferos se encarga de la β oxidación. Existen 2 posibles señales diferentes en una proteína, pero nunca se dan las 2 a la vez. En el extremo N terminal son de 20 a 30 AA, mientras que en el C terminal son 3 AA. Cualquiera de las dos señales es reconocida por la proteína DEX, que une a la proteína que presenta la señal con el sistema de translocación análogo a TOM.