Mitocondrias

Mitocondrias

Hoy quiero hablaros de unos orgánulos muy especiales que se encuentran dentro de las células que componen nuestro organismo y las de todos los organismos eucariotas: Las mitocondrias. Son muy especiales puesto que parecen provenir de antiguas bacterias engullidas por células de mayor tamaño que con la evolución se adaptaron a vivir dentro de ellas convirtiéndose en un orgánulo más. Además, tienen su propio ADN y lo heredamos exclusivamente de los gametos de nuestras madres (óvulos).

Herencia de ADN mitocondrial y cloroplástico (artículo) | Khan Academy
Las mitocondrias en el espermatozoide son utilizadas para la formación de energía y en el óvulo solo entra el contenido de su «cabeza» (el ADN). (Fuente)

Para ponernos en situación primero debemos de saber que es una célula eucariota.
Todo organismo vivo está compuesto por muchas células (pluricelular) o una única célula (unicelular). Esta célula puede ser de dos tipos: eucariota o procariota. Las primeras se encontrarían en animales, plantas, hongos y protistas, mientras que las segundas se encontrarían en bacterias y archeas.

Arbol de la vida
Arbol filogenético universal. Construido a partir de la comparación de las secuencias de los ARN ribosómicos 16S y 18S. Dentro de cada dominio solo se muestran algunos organismos clave de cada linaje. El círculo rojo sombreado es la raíz hipotética del árbol y representa el antecesor común de todas las células. Adaptado de Aharon Oren, 2008. Fuente

Son orgánulos muy fácilmente identificables con microscopio óptico, ya que miden entre uno y varios micrómetros y están en gran número en la célula. Están presentes prácticamente en todas las células eucariotas y tienen una estructura muy característica, su doble membrana las hace ser fácilmente identificables.

Su gran similitud con células procariotas, desarrolla la teoría endosimbionte, la cual postula que, ancestralmente, este orgánulo fue una célula procariota que fue engullida por una de mayor tamaño y complejidad, creando las actuales células eucariotas, mucho más complejas y eficientes.

Estructura de una procariota vs eucariota donde puede apreciarse la similitud de las mitocondrias con las procariotas: sin núcleo diferenciado, ADN sin protección (suelto en la célula).

Su doble membrana casa con la teoría endosimbionte ya que la membrana interna sería la originaria de la bacteria y la externa la que quedaría adherida de la propia célula hospedadora al entrar.

Fueron descubiertas por un proceso de fragmentación y centrifugado de células, el cual consiguió aislar diferentes orgánulos por tamaño, densidad y forma. A partir de su aislamiento, se estudiaron sus funciones biológicas, determinándose su función principal: es un generador de energía en la célula (ATP).

ESTRUCTURA Y LOCALIZACIÓN

Las mitocondrias son orgánulos muy inestables, los cuales, cambian constantemente de forma y posición dependiendo de los requerimientos específicos de la célula. Pese a esto, su localización es permanente, nadan por todo el citoplasma e incluso pueden llegar a formar grandes cadenas de mitocondrias a lo largo de los microtúbulos, estructuras encargadas entre otras cosas, de distribuir los orgánulos por toda la célula.

Se estructura en cuatro partes:
Matriz
Membrana interna
Membrana externa
Espacio intermembrana

ORGANIZACIÓN MOLECULAR DE LAS MEMBRANAS

La membrana externa contiene gran cantidad de porinas (un tipo de proteínas), las cuales forman canales intermembrana rellenos de agua a través de la bicapa lipídica, compuestas por una lamina β de 16 cadenas plegadas sobre sí mismas. Estas proteínas son comunes en bacterias, las cuales también se encuentran en su membrana externa.
Gracias a ellas, el espacio intermembrana tiene un intercambio de moléculas pequeñas (<5000 Dalton), similar a la de la membrana plasmática eucariota.

Además, en ella se pueden encontrar proteínas que participan en la síntesis y trasformación de lípidos que serán metabolizados más tarde en la matriz. El paso a través de esta membrana esta dirigido por el complejo TOM, compuesto por el menos 6 proteínas de membrana.

La membrana interna se encuentra plegada en crestas, para aumentar su volumen y eficiencia. Contiene proteínas transportadoras de metabolitos (compuestos del metabolismo importantes para la célula), «ATP sintasa» responsable de la producción de ATP (energía celular) en la matriz, que es activada por el gradiente electroquímico de hidrogeniones que se establece a lo largo de la membrana. Por esta razón, es impermeable para iones y la mayoría de moléculas con carga eléctrica. Además, su alto contenido en cardiolipina (una proteína), facilita su impermeabilidad. Por último, contiene además proteínas catalizadoras de reacciones redox (oxido-reducción) en la cadena de trasporte de electrones. En el caso de esta membrana, encontramos dos tipos distintos de transportadores de proteínas, complejo TIM22 y TIM23.

COMPOSICIÓN DE LAS CÁMARAS Y MATRIZ MITOCONDRIAL

La matriz mitocondrial consta de las enzimas necesarias para los procesos bioquímicos en los que está implicada y los orgánulos y estructuras implicados en la expresión de los genes mitocondriales.

En el espacio intermembrana se desarrolla la fosforilación de nucleótidos. Los nucleótidos son como las piezas del puzzle del ADN y ARN. Necesitan de un grupo fosfato para su formación. La fosforilación es catalizada por enzimas que utilizan el ATP (energía celular) saliente de la matriz mitocondrial. Extraen un grupo fosfato del ATP conviertiéndolo en ADP y cediendoselo a los nucleósidos (nucleótido=nucleósido + fosfato).

EL DNA MITOCONDRIAL

Debido a que fueron antiguas bacterias, las mitocondrias contienen su propio DNA y RNA y un sistema completo de transcripción para sintetizar sus propias proteínas. Se reproducen dividiéndose en dos. Pese a esto, casi todas las proteínas mitocondriales están regidas por genes nucleares, con lo cual, una vez sintetizadas deben pasar a la mitocondria desde el citosol (parte acuosa de la célula) y viceversa mediante translocadores (transportadores) proteicos.

El genoma de la mitocondria humana, es un sistema genético simple y único, consta de apenas 16569 pares de nucleótidos de DNA que codifican 37 genes.

 FUNCIONES

  • Generadoras de energía química para la célula y la mitocondria (ATP). Consume oxígeno y libera CO (respiración celular).
    • Oxidación Acetil CoA
    • Fosforilación oxidativa (transporte electrónico a través de la membrana interna)
  • Termogénesis (en neonatos), a través de proteínas desacopladoras de la cadena respiratoria.
  • Mantener la concentración de calcio en el medio intracelular y la homeostasis (equilibro entre el interior y el exterior de la célula) de dicho ión mediante intercambiadores con protones.
  • Participan en la apoptosis (muerte) de las células.

Su función más importante es la de producción de energía debido a la utilización de piruvato o ácidos grasos como combustible. La generación de energía por la mitocondria es muy importante, debido a que el aporte de energía a la célula por parte de la glucólisis (descomposición de azucares) se queda relativamente corto. Estos combustibles son transformados en acetil CoA por la acción de enzimas localizadas en la matriz mitocondrial.

Esta CoA es oxidada por la vía del ácido cítrico y trasformada en CO2, para más tarde ser desechada. Además el ciclo genera electrones de alta energía, que provocan que el metabolismo oxidativo continúe.

TEORÍA SIMBIÓTICA Y EPISÓMICA

La teoría endosimbionte, explica que mitocondrias y cloroplastos, se originaron a partir de bacterias que fueron absorbidas, por células eucariontes primitivas, más grandes y complejas que estas, pero sin capacidad de respiración celular. Esta fagocitosis fue beneficiosa para ambas células, se creó una simbiosis entre ambas, en la que la célula eucarionte obtenía los beneficios de la respiración celular, obteniendo una alta tasa de energía extra y la bacteria, obtenía , disponibilidad continua de nutrientes, estabilidad, cobijo y protección dentro de esta célula de gran tamaño.
Sin mitocondrias, las células eucariotas serían incapaces de utilizar el oxígeno extraído de los nutrientes ingeridos, para obtener la máxima cantidad de energía posible. Además, el oxígeno sería tóxico para ellas, y tendrían que vivir en condiciones de anaerobiosis (sin oxígeno), como las actuales células anaerobias.
Esto explicaría, que ambos orgánulos tengan su propio DNA, un sistema de doble membrana y una gran similitud con las procariotas actuales.

Comparación de las estructuras y tamaño de mitocondrias y cloroplastos

PLASTOS

Existen tres tipos de plastos: Cloroplastos, Cromoplastos y Leucoplastos.
Los plastos son orgánulos celulares típicamente vegetales. Tienen una importante composición en lípidos y se encuentran limitados por dos membranas estructuralmente distintas. A menudo están coloreados por pigmentos de carácter liposoluble.

Los plastos se multiplican por bipartición. El ADN de los plastidios se presenta como una molécula gigante circular, que tiene de 120.000 a 200.000 pares de bases. En la oscuridad los protoplastos de los vegetales se pueden transformar en estructuras cristalinas llamadas etioplastos, que por el efecto de la luz, pueden a su vez transformarse en cloroplastos.

Una parte de las proteínas del plasto se sintetiza a partir del ADN-plastidial de 40 nm de longitud, y la otra parte del ADN-nuclear. Los genes de los plastos forman el plastoma, mientras que el conjunto de plastos de una célula se llama plastidoma. Los ribosomas de los plastos son más pequeños que los del citoplasma, con una velocidad de sedimentación de 70 s. Estos ribosomas plastidiales son parecidos a los de los procariontes. En las bacterias fotosintéticas y en las cianofíceas los pigmentos fotosintéticos no se sitúan en orgánulos especiales, sino en cromatoplastoplastos, su estructura es parecida a los tilacoides de los plastos de las células eucarióticas.

CLOROPLASTOS

Los cloroplastos como los plastos, son orgánulos grandes que se encuentran solo en las células vegetales. Comparten la teoría endosimbiótica con mitocondrías, solo que en este caso, debió de ocurrir otra fagocitosis de una bacteria cianofícea. Por lo tanto, constan de ADN propio también además de una doble membrana.

Las mitocondrias y los cloroplastos (artículo) | Khan Academy
Teoría endosimbionte completa y resumida. (Fuente)

Tienen una estructura aún más compleja que las mitocondrias, conteniendo una serie de membrana internas extras apiladas provistas de clorofila. La clorofila les otorga una función mucho más importante que la de las mitocondrias, pueden realizar la fotosíntesis, es decir, pueden obtener energía a través de la luz solar para la elaboración de moléculas de azúcar ricas en energía. Para obtener esta energía más tarde necesitarán la ayuda de mitocondrias para la oxidación de estos azucares y la obtención de energía.

Y esto es todo. ¿Te ha sido de ayuda? ¿Necesitas aclarar o ampliar información? Déjamelo en comentarios.

BIBLIOGRAFÍA

Introducción a la biología celular, 2ª ed. / Bruce Alberts… [et al.] Alberts, Bruce

http://www.ucla.edu.ve/dmedicin/DEPARTAMENTOS/cienciasfuncionales/farmacolog%C3%ADa/Mitoc.pdf

www.undl.edu.mx/datos/…/PLASTOS%20O%20PLASTIDIOS.doc

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