¿Qué contiene la matriz mitocondrial?
En biología celular, una mitocondria (plural mitocondrias) (del griego μιτος o mitos, hilo + κουδριον o khondrion, gránulo) es un orgánulo cerrado por una membrana, que se encuentra en la mayoría de las células eucariotas. Las mitocondrias se describen a veces como “centrales eléctricas celulares”, porque convierten las moléculas alimenticias en energía en forma de ATP mediante el proceso de fosforilación oxidativa. Una célula eucariota típica contiene unas 2.000 mitocondrias, que ocupan aproximadamente una quinta parte de su volumen total. Las mitocondrias contienen un ADN independiente del que se encuentra en el núcleo de la célula. Según la teoría endosimbiótica, las mitocondrias descienden de procariotas de vida libre.
Una mitocondria contiene membranas internas y externas compuestas por bicapas de fosfolípidos y proteínas. Sin embargo, las dos membranas tienen propiedades diferentes. Debido a esta organización de doble membrana, existen 5 compartimentos distintos dentro de las mitocondrias. Está la membrana externa, el espacio intermembrana (el espacio entre las membranas externa e interna), la membrana interna, el espacio de las cristas (formado por los pliegues de la membrana interna) y la matriz (espacio dentro de la membrana interna). El tamaño de las mitocondrias oscila entre 1 y 10 micrómetros (μm). Membrana externa
Cotransport
Se cree que las mitocondrias tienen su origen en una antigua simbiosis que se produjo cuando una célula nucleada engulló a un procariota aeróbico. La célula engullida pasó a depender del entorno protector de la célula huésped y, a la inversa, la célula huésped pasó a depender del procariota engullido para la producción de energía. Con el tiempo, los descendientes de la procariota engullida se convirtieron en mitocondrias, y el trabajo de estos orgánulos -el uso de oxígeno para crear energía- se convirtió en algo fundamental para la evolución eucariótica (Figura 1).
Las mitocondrias modernas tienen sorprendentes similitudes con algunos procariotas modernos, aunque han divergido significativamente desde el antiguo evento simbiótico. 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 similar al de los procariotas. Una de las diferencias es que se cree que estos orgánulos han perdido la mayor parte de los genes que portaban sus antepasados procariotas. Aunque las mitocondrias actuales sintetizan algunas de sus propias proteínas, la gran mayoría de las que necesitan están codificadas en el genoma nuclear.
Las membranas externa e interna de las mitocondrias son estructural y funcionalmente
ResumenLa conversión de energía biológica en las mitocondrias la llevan a cabo los complejos de proteínas de membrana de la cadena respiratoria y la ATP sintasa mitocondrial en la cristae de la membrana interna. Los recientes avances en criomicroscopía electrónica han permitido conocer mejor la disposición estructural y funcional de estos complejos en la membrana, y cómo cambian con la edad. Esta revisión sitúa estos avances en el contexto de lo que ya se conoce, y analiza las cuestiones fundamentales que siguen abiertas pero que ahora pueden abordarse.
a Un dímero (complejo III, rosa), y una sola copia de citocromo c oxidasa (complejo IV, verde). b Los sitios de unión del ubiquinol (UQ) de los complejos I y III y la corta distancia entre los sitios de unión del citocromo c en los complejos III y IV, lo que favorecería una transferencia eficiente de electrones. Los cofactores activos en el transporte de electrones están marcados en amarillo (FMN), naranja (grupos de hierro y azufre), azul oscuro (quinoles), rojo (hemes) y verde (átomos de cobre). Las flechas indican el camino de los electrones a través del supercomplejo. (Adaptado de [51])Imagen a tamaño completo
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La estructura de la membrana mitocondrial interna está ampliamente plegada y compartimentada. Las numerosas invaginaciones de la membrana se denominan cristae, separadas por crista junctions de la membrana límite interna yuxtapuesta a la membrana externa. Las cristas aumentan significativamente la superficie total de la membrana en comparación con una membrana interna lisa y, por tanto, el espacio de trabajo disponible para la fosforilación oxidativa.
La membrana interna crea dos compartimentos. La región entre la membrana interna y la externa, denominada espacio intermembrana, es en gran medida continua con el citosol, mientras que el espacio más secuestrado dentro de la membrana interna se denomina matriz.
En el caso de las mitocondrias típicas del hígado, el área de la membrana interna es aproximadamente 5 veces mayor que la de la membrana externa debido a las cristas. Esta proporción es variable y las mitocondrias de las células que tienen una mayor demanda de ATP, como las células musculares, contienen aún más cristae. Las membranas de las cristae están tachonadas en el lado de la matriz con pequeños complejos proteicos redondos conocidos como partículas F1, el lugar de la síntesis de ATP impulsada por el gradiente de protones. Las cristas afectan a la función quimiosmótica general de las mitocondrias[1].