Ciencia

Mitocondria (orgánulo celular): características, estructura y funciones

Las mitocondrias son orgánulos citoplasmáticos presentes en todas las células eucariotas y que funcionan como “fábricas de energía”. Veamos las propiedades de estas asombrosas estructuras.
Mitocondria

Todos hemos oído hablar de ellas alguna vez. Las mitocondrias son, sin duda, uno de los conceptos de Biología más famosos, pues el resumen de aquello en lo que están implicadas es muy fácil de recordar: son la fábrica de energía de nuestras células.

Se trata de orgánulos citoplasmáticos presentes en todas las células eucariotas en cuyo interior tienen lugar todas aquellas reacciones metabólicas que culminan con la obtención de energía. Todas y cada una de las células de nuestro cuerpo, desde una célula muscular hasta una neurona, requieren de estas mitocondrias para tener “combustible”.

Por lo tanto, sin estas microscópicas estructuras, simplemente no podríamos vivir. Que tengamos energía tanto para mantenernos vivos como para desarrollar nuestras funciones biológicas es gracias exclusivamente a estas mitocondrias.

Pero, ¿qué es un orgánulo celular? ¿Dónde se encuentran dentro de la célula? ¿Cómo generan energía? ¿En qué rutas metabólicas están implicadas? ¿Cuál es su estructura? ¿Cómo se forman? En el artículo de hoy responderemos a estas y otras muchas preguntas sobre las mitocondrias. Vamos allá.

¿Qué son las mitocondrias?

Una mitocondria es un orgánulo celular citoplasmático delimitado por una doble membrana y en cuyo interior tienen lugar las reacciones metabólicas de producción del ATP. Vale, muchas palabras extrañas en poco tiempo, pero es básico que nos quedemos con esta definición, pues es imposible resumir más qué es una mitocondria. Y ahora, poco a poco, iremos diseccionando cada uno de estos términos.

En primer lugar, decimos que la mitocondria es un orgánulo celular. ¿Qué significa esto? Simplemente que es una estructura contenida en el citoplasma de la célula, el cual se define como el medio líquido dentro de la célula.

En este sentido, el interior de la célula es algo así como una solución acuosa donde flotan unas pequeñas estructuras. De entre todos los que hay (aparato de Golgi, vacuolas, citoesqueleto, ribosomas, retículo endoplasmático), las mitocondrias son un orgánulo más. Uno muy importante. Pero uno más al fin y al cabo.

Después, hemos dicho que está delimitado por una doble membrana. Y así es. Estos orgánulos están rodeados por dos membranas (nuestras células solo tienen una, la membrana plasmática). Además, las mitocondrias fueron, en su momento, bacterias que hicieron simbiosis con una célula eucariota. De ahí que las mitocondrias tengan su propio material genético (pero dependen del del núcleo también, evidentemente), pero esto ya es otra historia.

Y, por último, hemos dicho que tienen la función de producir ATP a través de distintas reacciones metabólicas. Esto lo analizaremos mejor cuando veamos las funciones de las mitocondrias, pero basta con entender que el ATP es una molécula que se genera principalmente a partir del ciclo de Krebs (una ruta metabólica que sucede dentro de las mitocondrias) y que, al romperse, libera energía que es aprovechada por las células para cumplir con sus funciones biológicas. Es, por decirlo de alguna manera, la moneda energética de nuestras células.

De ahí que, teniendo en cuenta que sean las estructuras de la célula que utilizan el oxígeno para estimular estas reacciones de conversión de materia en energía, se diga que las mitocondrias son los orgánulos que respiran. De hecho, la respiración, a nivel celular, tiene lugar en las mitocondrias.

Mitocondria qué es

¿Cómo es su morfología?

La mitocondria es un orgánulo citoplasmático presente en todas las células eucariotas, es decir, en todos los seres vivos (animales, plantas, hongos, protozoos y cromistas) excepto en bacterias y arqueas, que son seres procariotas.

Sea como sea, una mitocondria es una estructura celular con una forma alargada similar a una bacteria (ya hemos dicho que su origen evolutivo, remontándonos 1.800 millones de años en el pasado, es el de una simbiosis entre una célula eucariota y una bacteria que le ofrecía a esta un mecanismo para respirar) y con capacidad autorreplicante, por lo que hemos dicho de que en su interior tiene tanto ADN como ARN para dividirse cuando sea necesario.

Evidentemente, su control está en manos principalmente del material genético del núcleo, que determina cuántas mitocondrias se necesitan en función de los requerimientos energéticos de la célula. Por lo tanto, el número de mitocondrias en el interior de la célula varía enormemente, aunque pueden llegar a haber más de 800 en una sola célula.

Además, se trata de los orgánulos más grandes de las células eucariotas (a excepción de las vacuolas de las células vegetales, donde almacenan agua y nutrientes), pues pueden tener unos 5 micrómetros (la millonésima parte de un metro) de longitud y hasta 3 micrómetro de diámetro. Teniendo en cuenta que una célula promedio tiene un diámetro de entre 10 y 30 micrómetros, estamos ante un porcentaje muy alto de su contenido.

Mitocondria morfología

¿Por qué partes está formada?

Las mitocondrias destacan por ser orgánulos que cambian mucho de forma y de tamaño y cuyas cantidades varían mucho en función de las necesidades de la célula (desde unas pocas hasta más de 800), por lo que es difícil describir exactamente su morfología. De todas maneras, lo que sí sabemos es que estos orgánulos están compuestos siempre por unas mismas partes. Veamos, pues, la estructura de las mitocondrias.

1. Membrana mitocondrial externa

La membrana mitocondrial externa es la que sirve de separación entre la mitocondria en sí y el citoplasma de la célula. A pesar de que rodea una estructura más pequeña (esta mitocondria), tiene una morfología muy similar a la membrana plasmática, es decir, la que separa el citoplasma de la célula del medio externo.

Consiste en una doble capa de lípidos (bicapa lipídica) a la que se asocian proteínas (representan el 50% de su composición) que regulan el transporte de moléculas hacia dentro y hacia fuera de la mitocondria, controlando así la comunicación entre el orgánulo y la célula en sí.

La composición de esta membrana externa es prácticamente igual a la membrana plasmática de las bacterias gram negativas, un hecho que fortalece la hipótesis de que las mitocondrias fueron, en su momento, bacterias que hicieron simbiosis con células eucariotas y que, al ser esta relación beneficiosa para ambas partes, permaneció a lo largo de millones de años.

2. Espacio intermembranoso

El espacio intermembranoso es una especie de región “vacía” que separa la membrana externa de la interna. Y decimos vacío entre comillas porque realmente no lo está, pues consiste en un medio líquido donde hay enzimas vitales para que las reacciones metabólicas de obtención de energía tengan lugar.

3. Membrana mitocondrial interna

La membrana mitocondrial interna es la segunda de las membranas. Nuestras células solo tienen una, la plasmática, pero las mitocondrias tienen dos separadas entre sí por el espacio intermembranoso. Sigue siendo una doble capa lipídica, aunque en este caso la concentración de proteínas es mucho mayor (del 80%) y no permiten tanto intercambio de sustancias.

La membrana mitocondrial interna no se encarga de regular la comunicación entre el interior y el exterior de la mitocondria, sino de albergar todos los complejos enzimáticos que harán posibles las reacciones de obtención de energía. Y para aumentar su superficie, esta membrana interna forma unas invaginaciones que se conocen como crestas.

Estructura mitocondria

4. Crestas mitocondriales

Como ya hemos comentado, estas crestas mitocondriales son cada una de las invaginaciones de la membrana mitocondrial interna. Consisten en una serie de pliegues donde se asientan los complejos enzimáticos que harán posible las reacciones metabólicas de producción del ATP. Disponen de muchas enzimas y proteínas exclusivas, pues al ser el único orgánulo que realiza la respiración celular, es también el único que las necesita.

Al formar estos pliegues, hay más superficie metabólicamente funcional, pues hay más extensión de membrana donde se puedan anclar las enzimas necesarias. De todos modos, el tamaño y número de estas crestas varía mucho entre células.

5. Matriz mitocondrial

Muchos complejos enzimáticos tienen que estar anclados a la membrana interna, de ahí la importancia de las crestas mitocondriales. Pero no todas las enzimas lo necesitan. De hecho, muchas de ellas deben estar libres en algún medio líquido. Y aquí entra en juego la matriz mitocondrial.

También conocida como lumen, esta matriz sería algo así como el citoplasma de la mitocondria, es decir, un medio líquido donde no hay orgánulos (evidentemente), sino enzimas que trabajarán conjuntamente con los complejos enzimáticos de las crestas para generar energía.

6. Genoma mitocondrial

Las mitocondrias son los únicos orgánulos celulares que disponen de su propio ADN, una prueba más de su pasado como bacterias simbiontes. Las mitocondrias tienen su propio material genético, el cual es distinto al que hay en el núcleo de nuestras células.

Este material genético está en forma de ADN circular (como el de las bacterias, muy distinto al nuestro, que no es circular) y contiene genes para regular la producción de las enzimas y proteínas implicadas en las rutas metabólicas energéticas.

Por lo tanto, las mitocondrias pueden ir por libre dentro de unos límites. Y es que al final, quien tiene la última palabra, es el ADN celular. Pero ya es útil que, en cierta medida, las mitocondrias sean autosuficientes, pues la célula en sí puede “desentenderse” (un poco) de las reacciones de obtención de energía.

¿Cuál es su función principal?

La función de la mitocondria es dar energía a la célula. Punto. Lo que pasa es que, claro, estamos indagando en conceptos de biología celular y, pese a que el objetivo sea muy simple, el camino para llegar a conseguir esta energía no lo es tanto.

En este contexto, la principal función de las mitocondrias es realizar el ciclo de Krebs, la principal ruta metabólica de obtención de ATP. Conocido también como ciclo del ácido cítrico o ciclo tricarboxílico (TCA), el ciclo de Krebs es la vía de respiración celular y tiene lugar en la matriz (las crestas ayudan) de la mitocondria y en presencia de oxígeno, que llega a través de la membrana externa.

Consiste en una ruta metabólica que unifica el procesamiento bioquímico de las principales moléculas orgánicas, es decir, carbohidratos, proteínas y ácidos grasos. En otras palabras, el ciclo de Krebs permite convertir la materia orgánica de los alimentos en energía utilizable no solo para mantener a la célula viva, sino que, a nivel de organismo pluricelular, podamos sobrevivir.

Ciclo Krebs

Es una ruta muy compleja, pero basta con entender que consiste en una serie de reacciones metabólicas en las que, partiendo de los macronutrientes, estos empiezan a ser degradados por distintas enzimas mitocondriales hasta que, tras unos 10 pasos intermedios y habiendo consumido oxígeno, cada vez tenemos moléculas químicamente más sencillas.

Durante este proceso, se liberan electrones, los cuales viajan por lo que se conoce como cadena transportadora de electrones (localizada en las crestas) y permiten que se sintetice ATP (adenosín trifosfato), una molécula que, tras romper uno de los enlaces fosfato, permite la liberación de energía.

Por ello, el objetivo del ciclo de Krebs y, por lo tanto, de las mitocondrias, es el de obtener moléculas de ATP a partir de la degradación de nutrientes con el objetivo de tener combustible para satisfacer las necesidades energéticas de toda la célula. Las mitocondrias son fábricas de ATP.

Paralelamente, las mitocondrias también están implicadas en el ciclo de la urea (permite que las células renales conviertan el nitrógeno sobrante en urea, que será eliminada a través de la orina), en la síntesis de fosfolípidos, en los procesos de apoptosis (cuando la célula tiene que morir, la mitocondria induce la muerte celular), en los balances de los niveles de calcio, en la síntesis de glucosa, en la regulación del metabolismo de los aminoácidos, etc, pero lo más importante y relevante es, sin duda, el ciclo de Krebs. Las mitocondrias respiran. Y de la respiración, nos dan energía.

Mitocondria energía
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