Mitocondrias: funciones, estructura y cómo generan ATP en la célula

Una mitocondria contiene dos membranas. Éstas están formadas por capas dobles de fosfolípidos y proteínas. Las dos membranas tienen propiedades diferentes. Debido a esta organización de doble membrana, hay cinco compartimentos distintos dentro de la mitocondria. Estos son:

1. la membrana mitocondrial externa,
2. el espacio intermembrana (el espacio entre las membranas externa e interna),
3. la membrana mitocondrial interna,
4. el espacio de las cristas (formado por los pliegues de la membrana interna), y
5. la matriz (espacio dentro de la membrana interna). Las mitocondrias son pequeños orgánulos esféricos o cilíndricos. Por lo general, una mitocondria mide 2,8 micras de largo y unas 0,5 micras de ancho. Es unas 150 veces más pequeña que el núcleo. Hay unas 100-150 mitocondrias en cada célula.

La función principal de la mitocondria en la célula es tomar la glucosa y utilizar la energía almacenada en sus enlaces químicos para fabricar ATP en un proceso llamado respiración celular. Este proceso consta de tres pasos principales: la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs y la síntesis de ATP. Este ATP se libera de la mitocondria y es descompuesto por los demás orgánulos de la célula para impulsar sus propias funciones.

Se cree que las mitocondrias fueron en su día bacterias independientes y pasaron a formar parte de las células eucariotas al ser engullidas, un proceso llamado endosimbiosis.

La mayor parte del ADN de una célula se encuentra en el núcleo celular, pero la mitocondria tiene su propio genoma independiente. Además, su ADN muestra una similitud sustancial con los genomas bacterianos.

La abreviatura de ADN mitocondrial es ADNm o ADNmt. Ambos han sido utilizados por los investigadores.

Las mitocondrias se dividen por fisión binaria, de forma similar a la división celular bacteriana. En los eucariotas unicelulares, la división de las mitocondrias está vinculada a la división celular. Esta división debe ser controlada para que cada célula hija reciba al menos una mitocondria. En otros eucariotas (en los humanos, por ejemplo), las mitocondrias pueden replicar su ADN y dividirse en respuesta a las necesidades energéticas de la célula, en lugar de hacerlo en fase con el ciclo celular.

Los genes mitocondriales de un individuo no se heredan por el mismo mecanismo que los genes nucleares. Las mitocondrias, y por tanto el ADN mitocondrial, suelen proceder únicamente del óvulo. Las mitocondrias del espermatozoide entran en el óvulo, pero quedan marcadas para su posterior destrucción. El óvulo contiene relativamente pocas mitocondrias, pero son éstas las que sobreviven y se dividen para poblar las células del organismo adulto. Por tanto, en la mayoría de los casos las mitocondrias se heredan por línea femenina, lo que se conoce como herencia materna. Este modo es válido para todos los animales y la mayoría de los demás organismos. Sin embargo, la mitocondria se hereda por vía paterna en algunas coníferas, aunque no en los pinos ni en los tejos.

Una sola mitocondria puede contener entre 2 y 10 copias de su ADN. Por esta razón, se cree que el ADN mitocondrial se reproduce por fisión binaria, produciendo así copias exactas. Sin embargo, hay algunas pruebas de que las mitocondrias animales pueden sufrir recombinación. Si no se produce la recombinación, toda la secuencia de ADN mitocondrial representa un único genoma haploide, lo que lo hace útil para estudiar la historia evolutiva de las poblaciones.

Estudios genéticos de la población

La casi ausencia de recombinación en el ADN mitocondrial lo hace útil para la genética de poblaciones y la biología evolutiva. Si todo el ADN mitocondrial se hereda como una única unidad haploide, las relaciones entre el ADN mitocondrial de diferentes individuos pueden verse como un árbol de genes. Los patrones de estos árboles genéticos pueden utilizarse para inferir la historia evolutiva de las poblaciones. El ejemplo clásico de esto es que el reloj molecular puede utilizarse para dar una fecha para la llamada Evamitocondrial. Esto se interpreta a menudo como un fuerte apoyo a la propagación de los humanos modernos fuera de África. Otro ejemplo humano es la secuenciación del ADN mitocondrial de los huesos de los neandertales. La distancia evolutiva relativamente grande entre las secuencias de ADN mitocondrial de los neandertales y los humanos vivos es una prueba de la ausencia general de mestizaje entre los neandertales y los humanos anatómicamente modernos.

Sin embargo, el ADN mitocondrial sólo refleja la historia de las mujeres de una población. Puede no representar la historia de la población en su conjunto. Hasta cierto punto, pueden utilizarse las secuencias genéticas paternas del cromosoma Y. En un sentido más amplio, sólo los estudios que incluyen también el ADN nuclear pueden proporcionar una historia evolutiva completa de una población.

• Respiración celular
• Glucólisis
• Ciclo de Krebs