Mitocondria

MITOCONDRIA

Estructura y composición:

·      Su presencia en las células se conoce desde hace más de 100 años.

·      Según el tipo celular, las mitocondrias pueden tener una estructura general muy diferente.

·      Las mitocondrias ocupan 15 a 20% del volumen de una célula hepática promedio de mamífero y contienen más de mil proteínas diferentes.

·      Son estructuras dinámicas: se mueven, se agrupan y se separan, se fusionan y se dividen.

·      Contienen las enzimas del ciclo de Krebs y de la fosforilación oxidativa, así como los componentes de la cadena transportadora de electrones.

·      En el hígado hay unas 1000 mitocondrias por célula, pero en las células del miocardio, los túbulos contorneados distales del riñón y en otras células que necesitan una gran fuente de energía, son mucho más abundantes.

·      Las dimensiones de la mitocondria guardan relación con su abundancia. Su anchura varía de 0.5 µm a 1 µm de anchura, y su longitud, de 1 µm a 7 µm, aunque en el miocardio pueden observarse mitocondrias de hasta 10 µm de largo.

·      Presentan una doble membrana (externa e interna), cada una de unos 7 nm de espesor.

·      Si se fijan las células con glutaraldehído, a gran resolución la estructura de ambas membranas mitocondriales parece globular.

·      Si la fijación se hace con glutaraldehído-paraformaldehído, la estructura aparece trilaminar, como en las demás membranas citoplásmicas.

·      El número de crestas es muy variable y, normalmente, está relacionado directamente con las necesidades de producción de energía de la célula; así, las crestas son muy numerosas en el músculo y escasas en el hígado.

Reproducción de las mitocondrias

·      La división de las mitocondrias, según las imágenes obtenidas con el microscopio electrónico, puede tener lugar por tres mecanismos

·      1) bipartición, observada experimentalmente en dietas con carencia de riboflavina (vitamina B6);

·       2) estrangulación, observada experimentalmente en dietas con carencia de cobre;

·      3) gemación. El contorno irregular de las mitocondrias hace que parezcan yemas, lo que, en realidad, es el aspecto normal de la mitocondria.

Composición de las membranas mitocondriales

·      La membrana externa tiene un 60% de proteínas y un 40% de lípidos, y es más semejante al retículo endoplasmático que la interna, incluso en su vida media, que es de 5.2 días

·      Entre las proteínas se encuentran transportadores de electrones (citocromo b5 y la reductasa de b5-NADH), una enzima que oxida monoaminas a aldehídos (monoaminooxidasa), enzimas que intervienen en la degradación oxidativa de los lípidos (acil-CoA sintetasa y fosfolipasa A), enzimas que fosforilan nucleósidos (nucleósido difosfatasa quinasa), el complejo para la inserción en la mitocondria de proteínas sintetizadas en el citosol, proteínas de la familia Bcl-2 que regulan la apoptosis.

·      La membrana interna (incluidas las crestas) tiene un 80% de proteínas y un 20% de lípidos.

·      semejante a la de las bacterias y las laminillas internas de los cloroplastos, y su vida media es de unos 12.6 días.

·      Es más densa que la externa y posee muchas más proteínas, entre las que se encuentran el complejo para la inserción de proteínas sintetizadas en el citosol o en la matriz, enzimas de oxidación de ácidos grasos, transferasas todos los componentes de la cadena transportadora de electrones y la enzima ATP sintetasa, que realiza la fosforilación oxidativa.

·      Lo que queda tras separar la membrana externa de la mitocondria se denomina mitoplasto o compartimiento interno.

Matriz mitocondrial

·      Además de tener varias enzimas, la matriz mitocondrial contiene ribosomas (de tamaño mucho menor a los que se encuentran en el citosol) y varias moléculas de DNA, el cual es circular en plantas superiores y animales.

·      El RNA y el DNA mitocondriales se hibridan entre sí, pero no lo hacen con el DNA del núcleo, lo que muestra que son propios de las mitocondrias.

·      Forma filamentos de unos 2.5 nm de espesor que corresponden a DNA.

·      La longitud del DNA mitocondrial es de unos 5-6 µm en la mayoría de los organismos animales (desde platelmintos hasta mamíferos) y mayor (de 10 a 30 µm) en levaduras y algunas células eucariotas inferiores.

·      El genoma mitocondrial humano consta de 16569 pares de bases, y casi todo él codifica proteínas o transcribe moléculas de rRNA y tRNA, aunque también contiene un par de secuencias reguladoras de DNA.

·       En el citosol hay 48 tRNA diferentes, pero en las mitocondrias humanas sólo hay 22.

Ribosomas

·      Los ribosomas mitocondriales son menores que los del citosol.

·      Presentan rasgos comunes con los bacterianos: son inhibidos por el cloranfenicol y la síntesis proteica se inicia con la N-formil-metionina.

·      Sintetizan algunas proteínas de la mitocondria, pero la mayoría de éstas se importan del citoplasma.

Función:

·      Se conocen por su función en la generación del ATP que se usa en la mayor parte de las actividades celulares que requieren energía.

·      A menudo se relacionan con gotitas oleosas que contienen ácidos grasos, a partir de las cuales obtienen materia prima para oxidar.

·      Captación y liberación de iones calcio, que son iniciadores esenciales de actividades celulares y junto con el retículo endoplásmico, las mitocondrias tienen una función importante en la regulación de la concentración de Ca2+ del citosol.

·      Las mitocondrias del músculo esquelético poseen una subunidad especial de la citocromo oxidasa. Esta subunidad falta en las mitocondrias de otros tejidos, incluido el músculo cardíaco.

·      Las mitocondrias de células productoras de hormonas esteroideas  intervienen en la síntesis de estas hormonas junto con el retículo endoplasmático liso, tal como se ha explicado al tratar de la síntesis de hormonas esteroideas

Oxidación mitocondrial

·      Sin las mitocondrias, las células dependerían de la glucólisis anaerobia, que degrada la glucosa a piruvato, para obtener todo su ATP (en los vegetales se obtiene también ATP en los cloroplastos).

·      En la glucólisis anaerobia se obtienen sólo dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa degradada, en la mitocondria se forman 36 moléculas de ATP por cada una de glucosa.

·      La transferencia de electrones por la cadena respiratoria está acoplada a la síntesis de ATP a partir de ADP + P.

·      La energía obtenida en los procesos oxidativos se almacena así en forma de un gradiente electroquímico de protones, que será utilizado en la fosforilación y en otros procesos que requieran energía.

·      Las mitocondrias oxidan también los ácidos grasos en el denominado ciclo de la oxidación β.

Incorporación de iones

·      Pueden incorporar cationes, principalmente Ca2+, desprendiendo H+ a cambio. Los OH– son neutralizados en el interior de la matriz, con su consiguiente alcalinización. El PO4–3 entra con el Ca2+.

Incorporación de proteínas a la mitocondria

·      Las proteínas sintetizadas en el citosol que van a formar parte de la membrana interna o del espacio perimitocondrial necesitan dos péptidos señal, uno para anclarse en la membrana externa, y el segundo para el anclaje en la membrana interna.

·      Estas proteínas entran en la matriz de la misma forma que las que van a residir allí, pero luego se anclan en la membrana interna por su segundo péptido señal a través del complejo OXA.

·      La proteína, en su paso a la matriz, es frenada por el TIM23 y se inserta por su segundo péptido señal en la membrana interna.

·      Un grupo de proteínas especializadas en el transporte de metabolitos a través de la membrana interna, presentan en vez de péptido señal terminal, varios péptidos señal intercalados en su estructura.