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¿Cuál es el origen de las mitocondrias?
Se cree que las mitocondrias se originaron de una simbiosis antigua que resultó cuando una célula nucleada engulló un procariota aeróbico. La célula envuelta llegó a confiar en el entorno protector de la célula huésped, y, a la inversa, la célula huésped llegó a confiar en el prokaryote engullido para la producción de energía. Con el tiempo, los descendientes del prokaryote engullido se convirtieron en mitocondrias, y el trabajo de estos orgánulos -utilizando el oxígeno para crear energía- resultó crítico para la evolución eucariótica
Las mitocondrias modernas tienen sorprendentes similitudes con algunos procariotas modernos, a pesar de que han divergido significativamente desde el antiguo evento simbiótico. Por ejemplo, la membrana mitocondrial interna contiene proteínas de transporte de electrones como la membrana plasmática de procariotas, y las mitocondrias también tienen su propio genoma circular de tipo procariota. Una diferencia es que se piensa que estos organelos han perdido la mayor parte de los genes llevados una vez por su antecesor procariota. Aunque las mitocondrias actuales sintetizan algunas de sus propias proteínas, la gran mayoría de las proteínas que requieren ahora están codificadas en el genoma nuclear.
Mitocondria estructura
Las mitocondrias están presentes en todas las células eucarióticas, incluidas todas las células animales y las células vegetales . Sin embargo, el número de mitocondrias en cada célula varía considerablemente, desde solo una mitocondria hasta 10,000 mitocondrias en algunos tipos especializados de células. Un número “típico” de mitocondrias por célula es de alrededor de 200 – pero, por supuesto, muchos diagramas de células solo muestran un número pequeño para representar la presencia de al menos una mitocondria en la célula.
Las mitocondrias tienen un elipsoide, que es de forma “ovalada” o “redondeada”. Algunos libros los describen como “en forma de cigarro”. Las mitocondrias están continuamente activas. Se mueven y pueden cambiar su forma exacta. El siguiente diagrama de una mitocondria es muy simpleRepresentación bidimensional de las partes principales y el contenido de una mitocondria : destinada a apoyar cursos introductorios, por ejemplo, Biología de nivel A.
Diagrama de la estructura de las mitocondrias (o la estructura de una mitocondria)
Tabla de notas sobre las partes y el contenido de una mitocondria
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¿Cómo sabemos esto, teniendo en cuenta que las mitocondrias son muy pequeñas?
El conocimiento detallado de la estructura de las mitocondrias ha sido posible gracias al microscopio electrónico . Durante las décadas de 1940 y 1950, varios eminentes biólogos como el biólogo celular el fallecido Prof. George Palade (originario de Rumania) y el médico e histólogo del fallecido Prof. Fritiof Sjöstrand (de Estocolmo, Suecia) estudiaron la estructura fina de las mitocondrias utilizando microscopios electrónicos. Aunque estos científicos no trabajaron juntos, sus trabajos publicados y sus contribuciones a congresos académicos indican que ambos lograron avances significativos en el detalle y la explicación de la estructura de las mitocondrias.
¿Cuál es el propósito de las membranas mitocondriales?
Como se mencionó anteriormente, las mitocondrias contienen dos membranas principales. La membrana mitocondrial externa rodea completamente la membrana interna, con un pequeño espacio intermembrana entre ellos. La membrana externa tiene muchos poros basados en proteínas que son lo suficientemente grandes para permitir el paso de iones y moléculas tan grandes como una proteína pequeña. En contraste, la membrana interna tiene una permeabilidad mucho más restringida, al igual que la membrana plasmática de una célula. La membrana interna también está cargada con proteínas implicadas en el transporte de electrones y la síntesis de ATP. Esta membrana rodea la matriz mitocondrial , donde el ciclo del ácido cítrico produce los electrones que viajan de un complejo de proteínas a otro en la membrana interna. Al final de esta cadena de transporte de electrones, el aceptor final de electrones es oxígeno, Y esto en última instancia forma agua (H20). Al mismo tiempo, la cadena de transporte de electrones produce ATP. (Esta es la razón por la que el proceso se llama fosforilación oxidativa.)
Durante el transporte de electrones, los complejos de proteínas participantes empujan los protones desde la matriz hasta el espacio intermembrana. Esto crea un gradiente de concentración de protones que otro complejo proteico, llamado ATP sintasa , utiliza para impulsar la síntesis de la molécula portadora de energía ATP (Figura 2).
Función de la mitocondria
Las mitocondrias a menudo se conocen como la fuente de energía de la célula. Son pequeñas estructuras dentro de una célula que se componen de dos membranas y una matriz. La membrana es donde ocurren las reacciones químicas y la matriz es donde se encuentra el fluido. Las mitocondrias son parte de las células eucarióticas.
El trabajo principal de las mitocondrias es realizar la respiración celular. Esto significa que absorbe los nutrientes de la célula, los descompone y los convierte en energía. Esta energía luego es utilizada por la célula para llevar a cabo varias funciones.
Cada célula contiene una cantidad diferente de mitocondrias. El número presente depende de cuánta energía necesita la célula. Cuanta más energía necesita una célula, más mitocondrias estarán presentes. Las células tienen la capacidad de producir más mitocondrias según sea necesario. También pueden combinar las mitocondrias para hacer las más grandes.
¿Es el genoma mitocondrial todavía funcional?
Los genomas mitocondriales son muy pequeños y muestran una gran variación como resultado de la evolución divergente. Los genes mitocondriales que se han conservado a través de la evolución incluyen genes rRNA, genes tRNA y un pequeño número de genes que codifican proteínas implicadas en el transporte de electrones y la síntesis de ATP. El genoma mitocondrial conserva la similitud con su antecesor procariótico, al igual que algunas de las mitocondrias de la maquinaria utilizan para sintetizar proteínas. De hecho, los ARNr mitocondriales se asemejan más a rRNAs bacterianos que los rRNA eucariotas encontrados en el citoplasma celular. Además, algunos de los codones que usan las mitocondrias para especificar aminoácidos difieren de los codones eucarióticos estándar.
Sin embargo, la gran mayoría de las proteínas mitocondriales se sintetizan a partir de genes nucleares y se transportan a las mitocondrias. Éstas incluyen las enzimas requeridas para el ciclo del ácido cítrico, las proteínas implicadas en la replicación y transcripción del ADN y las proteínas ribosómicas. Los complejos proteicos de la cadena respiratoria son una mezcla de proteínas codificadas por genes mitocondriales y proteínas codificadas por genes nucleares. Las proteínas en las membranas mitocondriales externas e internas ayudan a transportar proteínas recién sintetizadas, desplegadas desde el citoplasma a la matriz, donde se produce el plegado (Figura 3).
¿Cuántas mitocondrias tienen las células?
Las mitocondrias no pueden hacerse “desde cero” porque necesitan tanto productos mitocondriales como genes nucleares. Estos organelos se replican dividiendo en dos, usando un proceso similar a la forma simple, asexual de la división celular empleada por las bacterias. La microscopía de vídeo muestra que las mitocondrias son increíblemente dinámicas. Están constantemente dividiéndose, fusionándose y cambiando de forma . De hecho, una sola mitocondria puede contener múltiples copias de su genoma en un momento dado.
Lógicamente, las mitocondrias se multiplican cuando las necesidades energéticas de una célula aumentan. Por lo tanto, las células con hambre de energía tienen más mitocondrias que las células con necesidades energéticas más bajas. Por ejemplo, la estimulación repetida de una célula muscular estimulará la producción de más mitocondrias en esa célula, para mantenerse al día con la demanda de energía.
Conclusión
