Las mitocondrias: función y estructura

Las mitocondrias son orgánulos que se encuentran en el citoplasma de las células vegetales y células animales. Son responsables de la respiración celular aeróbica y, por lo tanto, se consideran orgánulos generadores de energía, es decir, trifosfato de adenosina (ATP).

El conjunto de mitocondrias en una célula se llama condroma. El número de mitocondrias que constituyen el condroma es bastante variable entre las células del mismo individuo, siendo mayor en aquellas con mayor actividad metabólica.

Las mitocondrias son generalmente ovales o en forma de varilla y tienen una doble membrana de lipoproteína. La membrana externa es lisa y continua, mientras que la membrana interna tiene pliegues e invaginaciones que forman las crestas mitocondriales.

La membrana interna delimita la matriz mitocondrial, rica en enzimas que participan en las etapas de la respiración celular. Inmersos en esta matriz también se pueden encontrar: gránulos densos , que representan principalmente acumulaciones de iones de calcio y magnesio; ribosomas llamados mitoribosomas, más pequeños que los ribosomas citoplasmáticos y las moléculas de ADN y ARN .

Llenar los espacios y entre las invaginaciones es una sustancia amorfa llamada matriz. La presencia de ribosomas, ADN y ARN en la matriz permite que las mitocondrias produzcan sus propias proteínas y puedan auto duplicarse.

Función de las mitocondrias: ¿cómo produce energía?

Dentro de las mitocondrias se produce la oxidación final de las moléculas orgánicas obtenidas de los alimentos ingeridos, con liberación de energía, en presencia de oxígeno (respiración aeróbica). Las moléculas orgánicas que participan en este proceso son los carbohidratos y los lípidos. La siguiente ecuación general puede presentar la respiración aeróbica que usa oxígeno para liberar energía:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energía

Podemos observar que, además de la producción de dióxido de carbono y agua, existe la liberación de energía, que se utilizará para mantener las actividades más diversas de la célula.

La respiración aeróbica ocurre en tres fases distintas: glucólisis (en el citosol), el ciclo de Krebs (en la matriz mitocondrial) y la cadena respiratoria (en las crestas mitocondriales). En eucariotas , solo la glucólisis ocurre en el citosol y las otras etapas ocurren dentro de las mitocondrias, los orgánulos ausentes en los procariotas.

Ver también: ribosomas: estructura y funciones

1ra etapa: glucólisis

En la glucólisis, cada molécula de glucosa se descompone en dos piruvatos , liberando hidrógeno y energía a través de diversas reacciones químicas. El hidrógeno se combina con moléculas transportadoras de hidrógeno (NAD +) para formar NADH + y H +. La energía liberada se utiliza para la síntesis de ATP, lo que resulta en un balance de 2 ATP al final del proceso.

El piruvato formado en la glucólisis es un compuesto clave en el metabolismo celular, ya que puede usarse tanto en procesos aeróbicos como anaeróbicos. El factor principal que determina qué ruta seguirá el piruvato es el oxígeno. En presencia de este gas, el piruvato se degrada a CO2 y H2O en la respiración. En ausencia, se degrada parcialmente en los procesos de fermentación.

2da etapa: ciclo de Krebs

En la respiración, el piruvato formado en la glucólisis penetra en la matriz mitocondrial y se transforma en acetilo, con liberación de dióxido de carbono e hidrógeno. El acetilo se combina con una sustancia llamada coenzima A (CoA) para formar acetil-CoA, que ingresa al ciclo de Krebs.

El ciclo de Krebs fue diseñado por Hans Adolf Krebs, quien como resultado recibió el Premio Nobel de fisiología en 1953. El ciclo de Krebs también se llama ciclo de ácido cítrico o ciclo de ácido tricarboxílico. En este ciclo , se liberan CO2, ATP, NADH +, H + y FADH2 . Todo el gas carbónico liberado en la respiración proviene de la formación de acetilo y del ciclo de Krebs.

Ver también: citoplasma celular – Función y composición

3a etapa: cadena respiratoria

La cadena respiratoria se asocia con crestas mitocondriales . A través de este proceso, hay una transferencia de hidrógeno transportado por NAD + y FAD al gas oxígeno que forma agua y produce ATP.

El oxígeno es el último aceptor de hidrógeno y participa directamente solo en la última etapa de la cadena respiratoria. Sin embargo, es un reactivo fundamental para que ocurra la respiración, ya que todas las otras reacciones respiratorias que ocurren dentro de las mitocondrias cesan en su ausencia.

Sin oxígeno, algunos organismos e incluso células del tejido del músculo esquelético humano continúan realizando glucólisis, desviando el metabolismo a la fermentación.

Las transferencias de hidrógeno a lo largo de la cadena respiratoria liberan electrones excitados, que son capturados por transportadores intermedios, incluidos los citocromos. Los complejos de citocromo participan en un mecanismo complejo que resulta en la síntesis de ATP.

Cada NADH libera energía para formar 3 moléculas de ATP y cada FADH2 libera energía para formar 2 moléculas de ATP. Dado que 10 NADH y 2 FADH2 se forman en las etapas anteriores de la respiración, tendremos un total de 34 ATP formados en la cadena respiratoria. Dado que el balance energético de la glucólisis es de dos moléculas de ATP y también del ciclo de Krebs, tendremos un total de 34 ATP formados en la cadena respiratoria.

Sin embargo, en ciertas células eucariotas, como las del músculo esquelético humano y probablemente las del cerebro, el balance energético de la respiración por molécula de glucosa degradada es de 36 ATP. Esto se debe a un mecanismo relacionado con la entrada de NADH en las mitocondrias, donde se gasta 1 ATP por NADH.

Como se producen 2 NADH en la glucólisis por molécula de glucosa, el gasto total es de 2 ATP. Por lo tanto, dependiendo del tipo de célula eucariota, el balance total de ATP en la respiración aeróbica puede ser 36 o 38 ATP.

Herencia mitocondrial

En general, las células del cuerpo de los animales contienen mitocondrias heredadas solo de la madre , como ocurre en los humanos. Los gametos femeninos y masculinos tienen mitocondrias, pero tan pronto como ocurre la fertilización y se forman los óvulos, las mitocondrias del gameto masculino se degeneran.

Las mitocondrias en el ambiente intracelular

En el momento de la fertilización, las mitocondrias de la madre permanecen (Foto: depositphotos)

Solo las mitocondrias de gametos femeninos permanecen en la célula. Por lo tanto, las mitocondrias se heredan de la madre y no del padre y esta información se ha utilizado en pruebas para identificar la maternidad de las personas.

Ver también: respiración celular

Procariotas y la ausencia de mitocondrias.

En los procariotas, como no hay mitocondrias, todo el proceso de respiración ocurre en el citoplasma y la cara citoplasmática de la membrana celular. En este caso, el rendimiento energético total de la respiración es de 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa degradada. Los procariotas más conocidos son las bacterias y las cianobacterias.

Referencias

»JUNQUEIRA, LCU; CARNEIRO, J. Papel de las mitocondrias en la transformación y almacenamiento de energía. JUNQUEIRA, L. C, U .; CARNEIRO, J. Biología celular y molecular, v. 8, p. 63-75.

»MOREIRA, Catarina. Respiración Revista de Ciencia Elemental, v. 1, no. 1, p. rce2013. 009, 2013.

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