Las células eucariotas de los organismos vivos realizan continuamente una gran cantidad de reacciones químicas para vivir, crecer, reproducirse y combatir las enfermedades. Todos estos procesos requieren energía a nivel celular. Cada célula que participa en cualquiera de estas actividades obtiene su energía de las mitocondrias, diminutos orgánulos que actúan como las centrales eléctricas de las células. El singular de la mitocondria es la mitocondria.
en los seres humanos, las células como los glóbulos rojos no tienen estos orgánulos pequeños, pero la mayoría de las otras células tienen un gran número de mitocondrias. las células musculares, por ejemplo, pueden tener cientos o incluso miles para satisfacer sus necesidades energéticas. casi todos los seres vivos que se mueven, crecen o piensan tienen mitocondrias en el fondo, produciendo la energía química necesaria.
estructura de la mitocondria
Las mitocondrias son orgánulos unidos a la membrana encerrados por una doble membrana. tienen una membrana exterior lisa que encierra el orgánulo y una membrana interna doblada. Los pliegues de la membrana interna se llaman crestas, el singular de los cuales es crista, y los pliegues son donde tienen lugar las reacciones que crean la energía mitocondrial. La membrana interna contiene un fluido llamado matriz, mientras que el espacio intermembrana ubicado entre las dos membranas también está lleno de fluido.
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. Se basan en 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 una gran área de superficie, y ninguna parte de la matriz está lejos de un pliegue de la membrana interna. Los pliegues y la gran área de superficie 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 basada en la función mitocondrial. Las funciones de alta energía, como las de los músculos del corazón o las alas de los pájaros, tienen altas concentraciones de mitocondrias que suministran la energía necesaria.
a través de su función de síntesis atp, las mitocondrias en los músculos y otras células producen el calor del cuerpo para mantener a los animales de sangre caliente a una temperatura constante. Es esta capacidad de producción de energía concentrada de las mitocondrias la 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 se basa en una cadena de transporte de electrones junto con el ciclo del ácido cítrico o krebs. el proceso de descomponer los carbohidratos como la glucosa para hacer 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 se producen las reacciones. La reacción final en la cadena de la función mitocondrial es aquella en la que el oxígeno de la respiración celular sufre una reducción 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 flavina adenina dinucleótido (fad). trabajan juntos para ayudar a transferir protones de 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 producción de trifosfato de adenosina (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.
Además 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 químicos desencadenantes pueden ver la señal de un aumento de calcio a partir de la liberación por parte de las mitocondrias. En general, las mitocondrias son un componente vital de las células vivas, ya que ayudan con las interacciones celulares, distribuyen sustancias químicas complejas y producen el ATP que forma la base energética para toda la vida.
Las membranas mitocondriales internas y externas.
La membrana doble mitocondrial tiene diferentes funciones para la membrana interna y externa y las dos membranas y están compuestas de sustancias diferentes. La membrana mitocondrial externa encierra el fluido del espacio intermembranario, pero tiene que permitir que los químicos que las mitocondrias necesitan para pasar a través de él. Las moléculas de almacenamiento de energía producidas por las mitocondrias tienen que poder abandonar el orgánulo y entregar energía al resto de la célula.
Para permitir tales transferencias, la membrana externa está formada por fosfolípidos y estructuras de proteínas llamadas porinas que dejan pequeños orificios o poros en la superficie de la membrana. el espacio intermembrana contiene un fluido que tiene una composición similar a la del citosol que constituye el fluido de la célula circundante. Las moléculas pequeñas, los iones, los nutrientes y la molécula atp que transporta la energía producida por la síntesis de atp pueden penetrar en 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 solo el agua, el dióxido de carbono y el oxígeno pasen a través de la membrana libremente. 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 área de superficie de la membrana interna, resultante de los pliegues de las crestas, proporciona espacio para todas estas proteínas complejas y estructuras químicas. 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 los carbohidratos en la mitocondria bombea protones a través de la membrana interna desde la matriz al espacio intermembrana. el desequilibrio en los protones hace que los protones se difundan de nuevo 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 sintetasa atp, a su vez, es la base para la síntesis atp y produce moléculas 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 los 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 usando su propio ADN, sin depender de la división celular.
Si las mitocondrias parecen ser células pequeñas y completas por sí mismas, es porque probablemente fueron células separadas en un momento en que las células individuales aún estaban evolucionando. Las bacterias similares a la mitocondria entraron en células más grandes como parásitos y se les permitió permanecer porque la disposición era mutuamente beneficiosa. las bacterias pudieron reproducirse en un entorno seguro y suministraron energía a la célula más grande. a lo largo de cientos de millones de años, las bacterias se integraron en organismos multicelulares y evolucionaron a las mitocondrias de hoy. Debido a que se encuentran en las células animales en la actualidad, forman parte clave de la evolución humana temprana.
Dado que las mitocondrias se multiplican independientemente en función del genoma mitocondrial y no participan en la división celular, las nuevas células simplemente heredan las mitocondrias que están 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 apenas tiene ninguna. como resultado, los hijos heredan sus mitocondrias y su ADN mitocondrial de su madre.
a través de su función de síntesis 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 que la vida sea posible. La estructura celular con orgánulos unidos a la membrana ha desempeñado un papel importante en la evolución humana y las mitocondrias han hecho una contribución esencial.