Mitocondria (del griego mitos = hilo,
hebra; chondros = grano, terrón, cartílago): La
usina celular. Organelas autorreplicantes, que se encuentran en
el citoplasma de la célula eucariota rodeadas por
membrana, completan el proceso de consumo de la
glucosa generando (por quimiósmosis) la
mayor parte del ATP que necesita la célula para sus
funciones.
ESTRUCTURA DE LAS
MITOCONDRIAS
La Mitocondria, que tiene una longitud comprendida entre
0,5 y 1 micrómetro, está envuelta en una membrana
doble. La membrana exterior lisa está separada de la
interior por una película líquida. La membrana
interior, replegada en unas estructuras
llamadas crestas, rodea una matriz
líquida que contiene gran cantidad de enzimas o
catalizadores biológicos. Dentro de esta matriz
líquida hay ácido desoxirribonucleico mitocondrial
(ADNm), que contiene información sobre síntesis
directa de proteínas.
Se evidencian por medio de técnicas
histológicas especiales e incluso se los puede aislar
mediante ultracentrifugación; están presentes y
repartidas de modo uniforme en todas las células, tanto
vegetales como animales. En la
célula se hallan en continuo movimiento.
FUNCIÓNLa principal función de las mitocondrias es
generar energía para mantener la actividad celular
mediante procesos de
respiración aerobia. Los nutrientes se
escinden en el citoplasma celular para formar ácido
pirúvico que penetra en la mitocondria. En una serie de
reacciones, parte de las cuales siguen el llamado ciclo de Krebs
o del ácido cítrico, el ácido
pirúvico reacciona con agua para
producir dióxido de carbono y diez
átomos de hidrógeno. Estos átomos de
hidrógeno se transportan hasta las crestas de la membrana
interior a lo largo de una cadena de moléculas especiales
llamadas coenzimas. Una vez allí, las coenzimas donan los
hidrógenos a una serie de proteínas enlazadas a la
membrana que forman lo que se llama una cadena de transporte de
electrones.
La cadena de transporte de electrones separa los
electrones y los protones de cada uno de los diez átomos
de hidrógeno. Los diez electrones se envían a lo
largo de la cadena y acaban por combinarse con oxígeno
y los protones para formar agua.
La energía se libera a medida que los electrones
pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y
se almacena en compuestos de la cadena de transporte de
electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los
componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la
matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas interna y
externa. Los protones sólo pueden volver a la matriz por
una vía compleja de proteínas integradas en la
membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana
permite a los protones volver a la matriz sólo si se
añade un grupo fosfato
al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en un
proceso llamado fosforilación.
El ATP se libera en el citoplasma de la célula,
que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones que
necesitan energía. Se convierte en ADP, que la
célula devuelve a la mitocondria para volver a
fosforilarlo.
INVESTIGACIÓN
RECIENTE SOBRE LAS MITOCONDRIAS
Las mitocondrias se utilizan para buscar los ancestros
de organismos que contienen células eucarióticas.
Entre los mamíferos, las mitocondrias tienden a
seguir una pauta de herencia
materna.
Cuando una célula se divide, las mitocondrias se
reproducen con independencia
del núcleo. Las dos células hijas formadas
después de la división reciben cada una la mitad de
las mitocondrias. Cuando el espermatozoide fecunda al
óvulo, sus mitocondrias quedan fuera del huevo. El cigoto
fecundado hereda sólo las mitocondrias de la madre. Esta
herencia
materna crea un árbol familiar que no se ve afectado por
la recombinación de genes que tiene lugar entre el padre y
la madre.
Una comparación reciente de muestras de ADNm
humano sugiere que la humanidad desciende de una mujer que
vivió en África hace entre 140.000 y 290.000
años. Muestras genéticas tomadas de grupos
étnicos africanos, asiáticos, australianos,
europeos y de Nueva Guinea han revelado un número
específico de tipos de ADNm. La comparación de
estos tipos ha permitido a los científicos construir un
árbol genealógico que sugiere que los distintos
grupos
empezaron probablemente a evolucionar por separado. En este
árbol, el ADNm africano ocupa la rama más larga y
antigua y de ella brotan los demás grupos étnicos.
Probablemente había muchas otras mujeres vivas en la
época de la llamada Eva mitocondrial, pero sus
líneas de herencia materna se han extinguido. Esto ocurre
habitualmente cuando una generación de una familia no
produce ninguna hija.
El análisis de ADNm se aplica también
en investigación forense. Recientemente se ha
establecido la identidad de
unos esqueletos atribuidos a Nicolás II, último zar
de Rusia, y a su familia
utilizando ADNm. El obtenido de un pariente vivo de la familia del
zar resultó ser idéntico al encontrado en los
restos de Alejandra de Rusia, esposa de Nicolás, y en tres
de sus hijos. Como el ADNm se hereda por línea materna, el
del esqueleto del zar no coincidía con el hallado en los
restos de la zarina y de sus hijos.
Según investigaciones
recientes, unas pocas enfermedades heredadas por
línea materna son imputables a defectos del ADNm, entre
ellas algunas patologías neuromusculares y ciertas formas
de diabetes
mellitus.
En Organismos Autotrofos:
Mientras que los plastos intervienen de distintas formas
en el almacenamiento de
energía, las mitocondrias (otros orgánulos
celulares) son las sedes de la respiración. Este proceso
consiste en la transferencia de energía química desde los
compuestos que contienen carbono al
trifosfato de adenosina o ATP, la principal fuente de
energía para las células. La transferencia tiene
lugar en tres etapas: glicolisis (producción de ácidos a
partir de los hidratos de carbono), ciclo de Krebs y
transferencia de electrones. Como los plastos, las mitocondrias
están envueltas en dos membranas, la interna muy plegada;
estos pliegues internos o crestas mitocondriales constituyen las
superficies en las cuales se producen las reacciones
respiratorias
Núcleo
Con la excepción de unos pocos casos, como por
ejemplo los glóbulos rojos de la sangre de los
mamíferos, todas las células tienen
por lo menos un núcleo. En las células eucariotas
(con núcleo verdadero), éste se encuentra separado
del citoplasma por la membrana nuclear, que lo delimita. La forma
del núcleo es frecuentemente esférica o
elíptica, aunque en algunas células es
completamente irregular.
En general, acupa una posición característica y constante para cada tipo
de célula. El tamaño del núcleo guarda
relación con el volumen
citoplasmático. En las células procariotas no
existe una membrana nuclear definida, pero con técnicas
adecuadas se puede demostrar la presencia de microfibrillas de
ADN
(ácido desoxirribonucleico), organizadas en un solo
cromosoma.
El núcleo se encuentra inmerso en el citoplasma.
De él dependen importantes funciones de la
célula, desde el punto de vista metabólico y desde
el de la división celular. El núcleo en reposo
tiene estructuras y
dimensiones características. El jugo nuclear o
carioplasma es la materia
fundamental que llena el núcleo y esta constituido por una
disolución coloidal.
La estructura del núcleo eucariótico
varía considerablemente a lo largo de la vida de una
célula. Por este motivo, llamó poderosamente la
atención a los citólogos desde su
descubrimiento como elemento constante de la célula. Esto
hizo que le dedicaran, y le sigan dedicando, gran parte de su
atención. Los cambios de la estructura del
núcleo son regulares y constantes, y están
relacionados con la división celular. Cuando la
célula llega a esa fase de su ciclo vital, se comprueba
que desaparecen la membrana nuclear y el nucléolo, al
mismo tiempo que se
hacen aparentes los cromosomas.
Cada especia biológica tiene un número
constante de cromosomas en sus
células somáticas que, si bien sólo se
distinguen como unidades independientes durante la
división celular, conservan su individualidad
permanente.
En la matriz del núcleo se encuentra la
cromatina, llamada así porque se colorea intensamente al
ser tratada con sustancias básicas, como la hematoxilina
férrica. La cromatina esta dispuesta en el cariplasma es
segmentos de longitud variable, que asumen una estructura
màs o menos compacta en función del estado en se
encuentra la célula. Estas fibrillas llamadas cromosomas,
son poco visibles y difícilmente coloreables durante el
reposo, mientras que están bien delimitadas durante la
división celular. En todo el núcleo celular se
encuentra uno o varios núcleos menores de forma
generalmente esférica y de carácter
ácido.
- Núcleo celular:
El núcleo de las células
eucarióticas es una estructura discreta que contiene los
cromosomas, recipientes de la dotación genética
de la célula. Está separado del resto de la
célula por una membrana nuclear de doble capa y contiene
un material llamado nucleoplasma. La membrana nuclear está
perforada por poros que permiten el intercambio de material
celular entre nucleoplasma y citoplasma.
Los vegetales son organismos verdes pluricelulares; sus
células contienen un protoplasma eucariótico (con
núcleo) encerrado en el interior de una pared celular
más o menos rígida compuesta en su mayoría
por celulosa. La principal característica de los vegetales
es su capacidad fotosintética, que utilizan para elaborar
el alimento que necesitan transformando la energía de la
luz en
energía química; este proceso tiene lugar en unos
plastos (orgánulos celulares) verdes que contienen
clorofila y se llaman cloroplastos. Algunas especies de plantas han
perdido la clorofila y se han transformado en saprofitas o
parásitas (como los jopos, especies del género
Orobanche) que absorben los nutrientes que necesitan de materia
orgánica muerta o viva; A pesar de esto, los detalles de
su estructura demuestran que se trata de formas vegetales
evolucionadas.
Componente constante de las células eucariotas de
los metazoos y de los metafitos. El núcleo suele ocupar
una posición central. Contiene en su interior los
cromosomas encargados de transmitir el patrimonio
informativo hereditario. En él se sintetiza el ARN
mensajero encargado de producir dicha información para la regulación de
las funciones metabólicas de la célula eucariota.
Su función es pues rectora de la actividad de la
célula. En división celular se produce primeramente
una división del núcleo incluida en el proceso de
mitosis y
meiosis.
El microscopio no ha
aportado una contribución sustancial para el mejor
coosimiento del núcleo, ya q el ADN, que es el
componete más importante de los cromosomas, no se fija con
el ácido ósmico (fijador empleado generalmente
microscopia electrónica). Actualmente con el uso de
aldehidos orgánicos (formol, glutaraldehido, etc.), se
empieza a obtener algunos resultados concretos, pero las
observaciones son excesivamente fragmentarias. Otra razón,
además, que explica la dificultad que entrañan las
estructuras nucleares, radica en la complejidad de los
cromosomas. Solo en algunas células germinales ha sido
posible, mucho antes de que llegaran a la madures, reconocer
estructuras ordenadas atribuibles a los cromosomas. La cromatina,
observada al microscopio electrónico, es muy
osmiófila y suele aparecer en masas condensadas de forma
irregular, preferentemente en la zona periférica del
núcleo, y presenta un aspecto finamente granular o
filamentoso.
En el nucléolo, en cambio, se han
llevado a cabo algunas observaciones interesantes. Se presenta
siempre constituido por dos elementos fundamentales: al
microscopio electrónico se observan gránulos
densos, con un diamante comprendido entre 150 y 200 Á (por
consiguiente homólogamente morfológicamente a los
ribosomas) y filamentos más delgados. Ambas estructuras
comprenden ARN, como se desprende de los análisis histoquímicos y de las
digestiones realizadas con ribonucleasa, pero mientras q los
granulos contienen al parecer un ARN de elevado peso molecular,
en los filamentos se a localizado únicamente ARN
soluble.
Respecto a la membrana celular, esta constituida siempre
por una doble capa, es decir presenta dos membranas equiparables
a la membrana plasmatica (cada una de las cuales tiene un espesor
aproximando de 60 a 70 Ä) separada por un espacio
transparente para los electrones, de aptitud bastante variable,
pero comprendido generalmente entre 150 y 200 Ä. En
detreminados puntos de la superficie nuclear, la membrana externa
se repliega y se suelda con la interna, constituyendo unos poros
circulares de la
comunicación entre el núcleo y el
citoplasma.
Los poros nucleares son aberturas de diámetro
variable entre 400 y 800 Ä y se llaman presentes, aunque en
cantidad extremadamente variable, en todos los tipos de
células. Son particularmente frecuente en las
células dotadas de gran actividad metabólica, en
las que, naturalmente, los intercambios entre el núcleo y
en citoplasma son intensos. En los oocitos en curso de desarrollo,
los poros son tan numerosos que constituyen una parte importante
de la superficie nuclear total.
Su función consiste en indudablemente en permitir
los intercambios entre el núcleo y citoplasma pero no se
consideran, si embargo, como puertas de libre comunicación: en efecto, diversas
experiencias han demostrado que los poros nucleares solo permiten
el paso de determinadas sustancias, dependiendo no de sus
dimenciones, sino de su naturaleza.
Finalmente, hay que tener presente que la capa externa
de la membrana nuclear establece con frecuencia intima mas
relaciones con el retículo endoplasmatico del cito plasma,
con el cual suele hallarse en contacto directo. Estas
observaciones han permitido formular la hipótesis, según la cual el
retículo endoplasmatico debe considerarce como una
derivación de la membrana nuclear externa; Ambas
estructuras están indudablemente relacionadas entre
sí y presentan una morfología
idéntica; por lo tanto, no es aberturado afirmar que la
membrana nuclear es una porción especializada del
retículo endoplasmatico y, por consiguiente, una
estructura del cito plasma, no del núcleo.
El estudio de este trabajo nos permite arriba a las
siguientes conclusiones:
- Por esta función que desempeñan,
llamada respiración, se dice que las mitocondrias son el
motor de la
célula. - Se encuentran mitocondrias en las células
eucarióticas (células con el núcleo
delimitado por membrana). El número de mitocondrias de
una célula depende de la función de
ésta. - Una mitocondria está rodeada por una membrana
mitocondrial externa, dentro de la cual hay otra estructura
membranosa, la membrana mitocondrial interna, que emite
pliegues hacia el interior para formar las llamadas crestas
mitocondriales. Las mitocondrias reciben del núcleo un
estimulo para su intensa multiplicación. En la
célula se hallan en continuo movimiento. - Las mitocondrias se utilizan para buscar los
ancestros de organismos que contienen células
eucarióticas. - Cuando una célula se divide, las mitocondrias
se reproducen con independencia del núcleo. En las
células eucariotas (con núcleo verdadero),
éste se encuentra separado del citoplasma por la
membrana nuclear, que lo delimita. - El núcleo en reposo tiene estructuras y
dimensiones características. La estructura del
núcleo eucariótico varía considerablemente
a lo largo de la vida de una célula. Los cambios de la
estructura del núcleo son regulares y constantes, y
están relacionados con la división
celular. - El núcleo de las células
eucarióticas es una estructura discreta que contiene los
cromosomas, recipientes de la dotación genética de la célula. Está
separado del resto de la célula por una membrana nuclear
de doble capa y contiene un material llamado nucleoplasma. La
membrana nuclear está perforada por poros que permiten
el intercambio de material celular entre nucleoplasma y
citoplasma. - El núcleo suele ocupar una posición
central. Son particularmente frecuente en las células
dotadas de gran actividad metabólica, en las que,
naturalmente, los intercambios entre el núcleo y en
citoplasma son intensos.
- Carlos Gispert, Josè Gay, José A.
Vidal, Mentor. ENCICLOPEDIA TEMATICA ESTUDIANTIL OCEANO.
Barcelona- España,
Océano Grupo
Editorial, 1999. Pág. 578,579,580. - J.H. Otto A. Towle. BIOLOGÌA MODERNA.
Mèxico. Mc Graw-Hill, 1995. Pàg 621. - Microsoft Coporation 1993-2001. ENCICLOPEDIA MICROSOFT
ENCARTA 2002. - HTTP://WWW.MITOCONDRIAL.COM
- HTTP://WWW.SCIENCEMAGAZINE.COM
ANTONY ESPINOSA
ROSBY ESPINOZA
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