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Ciencias Naturales

Mitocondrias Definición y función

mitocondr4ia
Las mitocondrias son organelas inusuales. Actúan como las centrales eléctricas de la célula, están rodeadas por dos membranas, y tienen su propio genoma. También se dividen independientemente de la célula en la que residen, lo que significa que la replicación mitocondrial no está acoplado a la división celular. Algunas de estas características son remanentes de los antiguos antepasados ​​de las mitocondrias, que probablemente eran procariotas de vida libre.

¿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

 

Una ilustración esquemática muestra una sección transversal de una mitocondria. Se muestra como una estructura de color rosa oscuro, con forma de nube con protuberancias fingerlike. La membrana externa forma el contorno de la organela. La membrana interna plegada forma invaginaciones, llamadas crestas.

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

1.
spacer - Mitocondrias Definición y función		Membrana externa
spacer - Mitocondrias Definición y función		La membrana externa de las mitocondrias (OMM) es permeable al oxígeno, piruvato, ATP y otras moléculas .
Espesor : el grosor de la capa exterior es de aproximadamente 40Å,
es decir , 40 ångström = 40 x 10 -10 m = 4 nm = 0,000004 mm.
Si estas unidades no están familiarizadas, consulte la página sobre números científicos .
2.Membrana internaLa membrana interna de una mitocondria también se conoce como la membrana innermitochondrial (IMM). Tiene muchas invaginaciones llamadas crestas (ver 4. a continuación). Las secciones de la membrana interna que forman crestas están cubiertas de muchas pequeñas “partículas acribilladas” llamadas esferas de membrana interna cuya cabeza, es decir, la parte “esfera”, está en el lado de la matriz de la membrana interna, en oposición al lado del espacio intermembrana la membrana interna – descripción adicional continúa en (4.) a continuación.
Muchas de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de las mitocondrias ocurren en la membrana interna. Contiene el sistema de transporte de electrones y el complejo ATPasa :
  • Sistema de transporte de electrones : genera un gradiente de protones.
  • Complejo de ATPasa : utiliza gradiente de protones para producir adenosina trifosfato ( ATP ) a partir de difosfato de adenosina ( ADP ).
Por lo tanto, la membrana mitocondrial interna es el sitio de la fosforilación oxidativa .
Espesor : el espesor de la capa interna es aproximadamente el mismo que el de la capa exterior, por lo que aproximadamente 40Å, es decir, 40 ångström = 40 x 10 -10 m = 4 nm = 0,000004 mm.
(Entonces, uno podría acomodar 250,000 x 40 Å tales membranas a lo largo de una línea de 1 mm de largo, o 2.5 millones de dichas membranas a lo largo de una línea de 1 cm!)
3.Espacio IntermembranoEl espacio entre las membranas mitocondriales interna y externa se llama espacio intermembrana (cavidad O). Tiene una alta concentración de protones. Esto se debe al sistema de transporte de electrones de la membrana mitocondrial interna.

Ancho / Espesor : El espacio entre las membranas mitocondriales interna y externa es de aproximadamente 70Å, es decir, 70 ångström.

4.Cristae , plural
(el término singular es crista.)		Cristae son pliegues de la membrana mitocondrial interna. La cantidad y la forma de las crestas pueden variar. Por ejemplo, aunque la forma de crestas dentro de las mitocondrias es a menudo ya sea plana o tubular, en algunos casos (por ejemplo, en ciertas células nerviosas) crestas tomar la forma de prismas mientras que en otros casos (por ejemplo en algunas células de cono fotorreceptor) que tienen un whorl- como forma.
Las partículas Stalked llamadas esferas interior de la membrana :
Como se mencionó en (2.) anterior, crestas están cubiertos con muchas diminutas “partículas pedunculados” llamadas esferas de la membrana interna, que también son conocidos simplemente como ” esferas ” o ” botones “.
  • Sus “cabezas”, es decir, la parte de “esfera”, están en el lado de la matrizde la membrana interna, en oposición al lado del espacio intermembrana de la membrana interna .
  • Cada partícula acechada tiene
    • un diámetro de “cabeza” o “esfera” de 8-9 nm (entonces, aproximadamente 8.5 x 10 -9 m)
    • un tallo de 30-35Å (aproximadamente 3,25 x 10 -9m) de ancho y 45-50Å (aproximadamente 4,75 x 10 -9m) de largo.
  • Contienen una proteína llamada F1 que a menudo se escribe “F 1 “, es decir, con el “1” escrito como un subíndice y una porción F0, como se muestra.
trans - Mitocondrias Definición y función

Arriba: porciones F1 y F0 de partículas acechadas en las crestas de las mitocondrias.
(Este diagrama no está dibujado a escala).

Las esferas de la membrana interna desempeñan un papel importante en la producción de trifosfato de adenosina ( ATP ) en las mitocondrias; ver [páginas posteriores] para más detalles.
5.Matriz mitocondrial
a.
spacer - Mitocondrias Definición y función		EnzimasLa matriz mitocondrial contiene una mezcla altamente concentrada de cientos de enzimas . Estos incluyen la mayoría de las enzimas que participan en el ciclo de TCA , que también se conoce como el “Ciclo de Krebs”, entre otros nombres. El ciclo de TCA ocurre en la matriz mitocondrial.
(La única enzima involucrada en el ciclo de TCA que no está libre en la matriz mitocondrial es la succinato deshidrogenasa , que se encuentra en la superficie interna de la membrana interna mitocondrial).
segundo.RibosomasLos ribosomas en las mitocondrias son del tipo 70S , como se encuentra en las células procariotas (bacterias), a diferencia del tipo 80S presente en muchas células vegetales y animales. Pueden sintetizar proteínas.
do.ADN mitocondrialLas mitocondrias tienen su propio material genético y la capacidad de producir sus propios ácidos ribonucleicos ( ARN ) y proteínas . Todo el ADN mitocondrial es materno. El ADN mitocondrial transporta los genes necesarios para la síntesis de muchas, pero no de todas, las proteínas mitocondriales.

Nota: Los números en la columna de la izquierda de arriba son para facilitar la referencia a esta tabla solamente.

¿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).

 

Un diagrama esquemático muestra cómo se genera ATP en las mitocondrias. El diagrama incluye una sección de las membranas interna y externa de una mitocondria, las proteínas de la cadena de transporte de electrones y la ATP sintasa. El flujo de electrones y protones se muestra con flechas, y las reacciones químicas se muestran dentro de la matriz mitocondrial.

Figura 2: El gradiente electroquímico de protones y la ATP sintasa
En la membrana mitocondrial interna, un electrón de alta energía se pasa a lo largo de una cadena de transporte de electrones. La energía liberada expulsa el hidrógeno del espacio matricial. El gradiente creado por este impulsa el hidrógeno a través de la membrana, a través de la ATP sintasa. Cuando esto sucede, la actividad enzimática de ATP sintasa síntesis ATP de ADP.
Detalle de la figura

 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).

 

Un pequeño esquema de una mitocondria se muestra en la esquina superior derecha, y una pequeña región de la organela se amplía en un diagrama más grande para mostrar la importación de una proteína a través de las membranas externas e internas mitocondrial. Cada paso del proceso de importación se separa del paso siguiente mediante una flecha.

Figura 3: Importación de proteínas en una mitocondria
Una secuencia señal en la punta de una proteína (azul) reconoce una proteína receptora (rosa) en la membrana mitocondrial externa y se adhiere a ella. Esto causa la difusión de la proteína atada y su receptor a través de la membrana a un sitio del contacto, donde las proteínas del translocator se alinean (verde). Cuando en este sitio de contacto, la proteína receptora entrega la proteína atada a la proteína translocadora, la cual entonces canaliza la proteína desplegada más allá de las membranas mitocondrial interna y externa.

¿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

Las mitocondrias, las llamadas “potencias” de las células, son orgánulos inusuales en que están rodeadas por una doble membrana y conservan su propio genoma pequeño. También se dividen independientemente del ciclo celular por simple fisión. La división mitocondrial es estimulada por la demanda de energía, por lo que las células con una mayor necesidad de energía contienen un mayor número de estos orgánulos que las células con menor necesidad de energía.

 

Mitocondrias Definición y función
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función de la mitocondria
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función de la mitocondria
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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. 
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