Las mitocondrias | Aprender ciencias en Scitable

Las mitocondrias son orgánulos inusuales. Actúan como las plantas de energía 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 acoplada a la división celular. Algunas de estas características son remanentes de los antiguos antepasados ​​de las mitocondrias, que son probablemente los procariotas de vida libre.

Figura 1: Una mitocondria

¿Cuál es el origen de las mitocondrias?

Las mitocondrias se cree que se originaron a partir de una antigua simbiosis que se produjo cuando una célula nucleada engulló un procariota aeróbico. La célula procariota llegó a confiar en el entorno de protección de la célula huésped, y, a la inversa, la célula huésped llegó a depender de la procariota para la producción de energía. Con el tiempo, los descendientes de las células procariotas envuelto desarrollado en las mitocondrias, y el trabajo de estos orgánulos – con oxígeno para crear energía – se convirtió en crítico para la evolución eucariotas (Figura 1). Las mitocondrias modernas tienen similitudes con algunos procariotas modernos, a pesar de que se han ido distanciando considerablemente desde el evento simbiótico inicial. Por ejemplo, la membrana mitocondrial interna contiene proteínas de transporte de electrones, como la membrana plasmática de los procariotas, y las mitocondrias también tienen su propio genoma circular procariota. Una diferencia con las células iniciales es que se cree que las mitocondrias han perdido la mayor parte de los genes que llevaron alguna vez sus antepasados procariotas. Aunque hoy en día las mitocondrias hacen sintetizar algunas de sus propias proteínas, la gran mayoría de las proteínas que se requieren son ahora codificadas en el genoma nuclear.

¿Cuál es el propósito de una membrana mitocondrial? Como se mencionó anteriormente, las mitocondrias contienen dos membranas principales. La membrana mitocondrial externa rodea completamente la membrana interna, con un pequeño espacio intermembrana en el medio. La membrana externa tiene muchas proteínas a base de poros 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 de 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 al siguiente en la membrana interna. Al final de esta cadena de transporte de electrones, el aceptor final de electrones es el oxígeno, y forma agua finalmente. Al mismo tiempo, la cadena de transporte de electrones produce ATP. (Por eso el proceso se denomina fosforilación oxidativa.)

Figura 2.En la membrana mitocondrial interna, un electrón de alta energía se transmite a lo largo de una cadena de transporte de electrones. La energía liberada hidrógeno bombea a la matriz del espacio entre las membranas mitocondriales. El gradiente creado por esta alta concentración de hidrógeno fuera de la membrana interna impulsa hidrógeno de nuevo a través de la membrana interna, a través de la ATP sintasa. Mientras esto sucede, la actividad enzimática de la ATP sintasa sintetiza ATP a partir de ADP.

Durante el transporte de electrones, los complejos de proteínas que participan empujan protones desde la matriz hacia el espacio intermembrana. Esto crea un gradiente de concentración de protones que otro complejo de proteínas, llamado ATP sintetasa, utiliza para la síntesis de energía de moléculas energéticas de ATP (Figura 2).

Es el genoma mitocondrial sigue funcionando?

Los genomas mitocondriales son muy pequeños y muestran una gran cantidad de variación como consecuencia de la evolución divergente. Los genes mitocondriales que se han conservado en la evolución incluyen genes de rRNA, genes de tRNA genes, y un pequeño número de genes que codifican proteínas implicadas en el transporte de electrones y la síntesis de ATP. El genoma mitocondrial mantiene similitud con su antepasado procariota, al igual que algunas de las mitocondrias usan la maquinaria para sintetizar proteínas. De hecho, rRNAs mitocondriales se asemejan más a rRNAs bacterianos que los rRNAs eucariotas que se encuentran en el citoplasma celular. Además, algunos de los codones que usan las mitocondrias para especificar aminoácidos difieren de los codones eucariotas estándar. Sin embargo, la gran mayoría de las proteínas mitocondriales se sintetizan a partir de genes nucleares y se transportan a la mitocondria. Estos incluyen las enzimas requeridos para el ciclo del ácido cítrico, las proteínas implicadas en la replicación y transcripción del ADN y proteínas ribosomales. Los complejos de proteínas de la cadena respiratoria son una mezcla de proteínas codificadas por los genes mitocondriales y las proteínas codificadas por los genes nucleares. Las proteínas que hay tanto en las membranas mitocondriales externas como en las internas ayudan a transportar lo recién sintetizado, proteínas desplegadas desde el citoplasma a la matriz, donde sobreviene su plegamiento final  (Figura 3).

Figursa 3. Una secuencia señal en el extremo de una proteína (azul) reconoce una proteína de receptor (rosa) en la membrana mitocondrial externa y se pega a ella. Esto hace que la difusión de la proteína anclada y su receptor a través de la membrana a un sitio de contacto, donde las proteínas translocador hasta la línea (verde). Cuando en este sitio de contacto, las manos proteína del receptor de la proteína anclada a la proteína de translocador, que entonces los canales. Desdobla proteína pasado tanto las membranas mitocondriales interna y externa.

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Una respuesta a “Las mitocondrias | Aprender ciencias en Scitable

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