Contenido
- Estructura de las mitocondrias
- ¿Por qué son importantes las mitocondrias?
- Funciones mitocondriales
- Las membranas mitocondriales internas y externas
- ¿Qué hay en la matriz?
Las células eucariotas de los organismos vivos realizan continuamente una gran cantidad de reacciones químicas para vivir, crecer, reproducirse y combatir enfermedades.
Todos estos procesos requieren energía a nivel celular. Cada célula que participa en cualquiera de estas actividades obtiene su energía de las mitocondrias, pequeños organelos que actúan como potencias de las células. El singular de las mitocondrias es la mitocondria.
En los humanos, las células como los glóbulos rojos no tienen estos pequeños orgánulos, pero la mayoría de las otras células tienen grandes cantidades de mitocondrias. Las células musculares, por ejemplo, pueden tener cientos o incluso miles para satisfacer sus necesidades de energía.
Casi todos los seres vivos que se mueven, crecen o piensan tienen mitocondrias en el fondo, produciendo la energía química necesaria.
Estructura de las mitocondrias
Las mitocondrias son orgánulos unidos a la membrana encerrados por una doble membrana.
Tienen una membrana externa lisa que encierra el orgánulo y una membrana interna doblada. Los pliegues de la membrana interna se llaman cristae, el singular de los cuales es crista, y los pliegues son donde tienen lugar las reacciones que crean energía mitocondrial.
La membrana interna contiene un líquido llamado matriz, mientras que el espacio intermembrana ubicado entre las dos membranas también está lleno de líquido.
Debido a esta estructura celular relativamente simple, las mitocondrias tienen solo dos volúmenes operativos separados: la matriz dentro de la membrana interna y el espacio intermembrana. Dependen de las transferencias entre los dos volúmenes para la generación de energía.
Para aumentar la eficiencia y maximizar el potencial de creación de energía, los pliegues de la membrana interna penetran profundamente en la matriz.
Como resultado, la membrana interna tiene un área de superficie grande, y ninguna parte de la matriz está lejos de un pliegue de la membrana interna. Los pliegues y el área de superficie grande ayudan con la función mitocondrial, aumentando la tasa potencial de transferencia entre la matriz y el espacio intermembrana a través de la membrana interna.
¿Por qué son importantes las mitocondrias?
Mientras que las células individuales evolucionaron originalmente sin mitocondrias u otros orgánulos unidos a la membrana, los organismos multicelulares complejos y los animales de sangre caliente como los mamíferos obtienen su energía de la respiración celular en función de la función mitocondrial.
Las funciones de alta energía, como las de los músculos del corazón o las alas de las aves, tienen altas concentraciones de mitocondrias que suministran la energía necesaria.
A través de su función de síntesis de ATP, las mitocondrias en los músculos y otras células producen calor corporal para mantener a los animales de sangre caliente a una temperatura constante. Es esta capacidad de producción de energía concentrada de las mitocondrias lo que hace posible las actividades de alta energía y la producción de calor en animales superiores.
Funciones mitocondriales
El ciclo de producción de energía en las mitocondrias depende de la cadena de transporte de electrones junto con el ácido cítrico o el ciclo de Krebs.
Lea más sobre el ciclo de Krebs.
El proceso de descomponer los carbohidratos como la glucosa para producir ATP se llama catabolismo. Los electrones de la oxidación de la glucosa pasan a lo largo de una cadena de reacción química que incluye el ciclo del ácido cítrico.
La energía de las reacciones de reducción-oxidación, o redox, se usa para transferir protones fuera de la matriz donde tienen lugar las reacciones. La reacción final en la cadena de función mitocondrial es aquella en la que el oxígeno de la respiración celular se reduce para formar agua. Los productos finales de las reacciones son agua y ATP.
Las enzimas clave responsables de la producción de energía mitocondrial son nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP), nicotinamida adenina dinucleótido (NAD), adenosina difosfato (ADP) y flavin adenina dinucleótido (FAD).
Trabajan juntos para ayudar a transferir protones de las moléculas de hidrógeno en la matriz a través de la membrana mitocondrial interna. Esto crea un potencial químico y eléctrico a través de la membrana con los protones que regresan a la matriz a través de la enzima ATP sintasa, lo que resulta en la fosforilación y la producción de adenosina trifosfato (ATP).
Lea sobre la estructura y función de ATP.
La síntesis de ATP y las moléculas de ATP son los principales portadores de energía en las células y pueden ser utilizadas por las células para la producción de los químicos necesarios para los organismos vivos.
••• SciencingAdemás de ser productores de energía, las mitocondrias pueden ayudar con la señalización de célula a célula a través de la liberación de calcio.
Las mitocondrias tienen la capacidad de almacenar calcio en la matriz y pueden liberarlo cuando ciertas enzimas u hormonas están presentes. Como resultado, las células que producen tales sustancias químicas desencadenantes pueden ver la señal de aumento de calcio a partir de la liberación por las mitocondrias.
En general, las mitocondrias son un componente vital de las células vivas, que ayudan con las interacciones celulares, distribuyen productos químicos complejos y producen el ATP que forma la base energética para toda la vida.
Las membranas mitocondriales internas y externas
La doble membrana mitocondrial tiene diferentes funciones para la membrana interna y externa y las dos membranas y están formadas por diferentes sustancias.
La membrana mitocondrial externa encierra el líquido del espacio intermembrana, pero tiene que permitir que las sustancias químicas que las mitocondrias necesitan atravesar. Las moléculas de almacenamiento de energía producidas por las mitocondrias deben ser capaces de abandonar los orgánulos y entregar energía al resto de la célula.
Para permitir tales transferencias, la membrana externa está compuesta de fosfolípidos y estructuras de proteínas llamadas porins que dejan pequeños agujeros o poros en la superficie de la membrana.
El espacio intermembrana contiene líquido que tiene una composición similar a la del citosol que forma el líquido de la célula circundante.
Las moléculas pequeñas, los iones, los nutrientes y la molécula de ATP que transporta energía producida por la síntesis de ATP pueden penetrar la membrana externa y hacer la transición entre el fluido del espacio intermembrana y el citosol.
La membrana interna tiene una estructura compleja con enzimas, proteínas y grasas que permiten que el agua, el dióxido de carbono y el oxígeno pasen libremente por la membrana.
Otras moléculas, incluidas las proteínas grandes, pueden penetrar en la membrana pero solo a través de proteínas de transporte especiales que limitan su paso. La gran superficie de la membrana interna, resultante de los pliegues de las crestas, proporciona espacio para todas estas estructuras químicas y proteicas complejas.
Su gran número permite un alto nivel de actividad química y una producción eficiente de energía.
El proceso por el cual se produce energía a través de transferencias químicas a través de la membrana interna se llama fosforilación oxidativa.
Durante este proceso, la oxidación de carbohidratos en las mitocondrias bombea protones a través de la membrana interna desde la matriz hacia el espacio intermembrana. El desequilibrio en los protones hace que los protones se difundan a través de la membrana interna hacia la matriz a través de un complejo enzimático que es una forma precursora de ATP y se llama ATP sintasa.
El flujo de protones a través de la ATP sintasa a su vez es la base para la síntesis de ATP y produce moléculas de ATP, el principal mecanismo de almacenamiento de energía en las células.
¿Qué hay en la matriz?
El fluido viscoso dentro de la membrana interna se llama matriz.
Interactúa con la membrana interna para llevar a cabo las principales funciones productoras de energía de las mitocondrias. Contiene las enzimas y productos químicos que participan en el ciclo de Krebs para producir ATP a partir de glucosa y ácidos grasos.
La matriz es donde se encuentra el genoma mitocondrial compuesto de ADN circular y donde se encuentran los ribosomas. La presencia de ribosomas y ADN significa que las mitocondrias pueden producir sus propias proteínas y pueden reproducirse utilizando su propio ADN, sin depender de la división celular.
Si las mitocondrias parecen ser células pequeñas y completas por sí mismas, es porque probablemente eran células separadas en un punto cuando las células individuales todavía estaban evolucionando.
Las bacterias similares a las mitocondrias ingresaron a las células más grandes como parásitos y se les permitió permanecer porque la disposición era mutuamente beneficiosa.
Las bacterias pudieron reproducirse en un ambiente seguro y suministraron energía a la célula más grande. Durante cientos de millones de años, la bacteria se integró en organismos multicelulares y evolucionó a las mitocondrias de hoy.
Debido a que hoy se encuentran en las células animales, forman una parte clave de la evolución humana temprana.
Dado que las mitocondrias se multiplican independientemente según el genoma mitocondrial y no participan en la división celular, las nuevas células simplemente heredan las mitocondrias que se encuentran en su parte del citosol cuando la célula se divide.
Esta función es importante para la reproducción de organismos superiores, incluidos los humanos, porque los embriones se desarrollan a partir de un óvulo fertilizado.
El óvulo de la madre es grande y contiene muchas mitocondrias en su citosol, mientras que el espermatozoide fertilizante del padre casi no tiene ninguno. Como resultado, los niños heredan sus mitocondrias y su ADN mitocondrial de su madre.
A través de su función de síntesis de ATP en la matriz y a través de la respiración celular a través de la doble membrana, las mitocondrias y la función mitocondrial son un componente clave de las células animales y ayudan a hacer posible la vida tal como existe.
La estructura celular con orgánulos unidos a la membrana ha jugado un papel importante en la evolución humana y las mitocondrias han hecho una contribución esencial.