Mitocondria

[miniatura|Dúas mitocondrias de [Tecido (bioloxía)|tecido pulmonar de mamífero vistas ao microscopio electrónico de transmisión. Pódense observar algunhas estruturas da mitocondria, como s súas membranas, as cristas mitocondriais e a matriz.]]

As **mitocondrias** (*etimoloxía*: do grego *μίτος*, mítos: fío, e *κόνδρος*, kóndros: gránulo) son orgánulos citoplasmáticos provistos de dobre membrana que se encontran na maioría das células eucariotas. Só carecen delas algúns eucariotas anaerobios, que no seu lugar teñen hidroxenosomas ou mitosomas, orgánulos á súa vez derivados de mitocondrias. O conxunto de mitocondrias da célula denomínase **condrioma**. O seu tamaño varía entre 0,5–10&nbsp;micrómetros (μm) de lonxitude. As mitocondrias descríbense en ocasións como "xeradoras de enerxía" das células, debido a que producen a maior parte da subministración de adenosín trifosfato (ATP) por fosforilación oxidativa, o cal se utiliza como fonte de enerxía química. Esta expresión ("xeradora de enerxía") é, porén, unha simplificación, xa que as súas funcións son máis amplas. A mitocondria cumpre un papel central no fluxo enerxético da célula debido a que realiza unha función metabólica consistente en transferir ou transformar a enerxía química potencial almacenada nos enlaces covalentes de certas moléculas como a glicosa ou ácidos graxos en enerxía química almacenada nos enlaces covalentes entre fosfatos do ATP (enlaces anhidro). Esta última forma de enerxía química potencial é doadamente utilizable pola célula e foi seleccionada ao longo da evolución filoxenética como o mecanismo por medio do cal todos os procesos celulares que requiren o uso de enerxía dispoñen con facilidade da mesma.
Ademais de proporcionar enerxía á célula, as mitocondrias están implicadas noutros procesos, como a sinalización celular, diferenciación celular, almacenamento de calcio, morte celular programada, e control do ciclo celular e do crecemento celular. A mitocondria está involucrada, directa ou indirectamente, en todos os procesos fisicoquímicos que requiren o uso de enerxía para a súa execución, é dicir, todos aqueles procesos que, desde o punto de vista termodinámico, non se realizan espontaneamente.

Algunhas características fan únicas ás mitocondrias. O seu número varía amplamente segundo o tipo de organismo ou tecido. Algunhas células carecen de mitocondrias ou posúen só unha, entanto que outras poden conter varios miles. Este orgánulo componse de compartimentos que levan a cabo funcións especializadas. Entre estes se encontran a membrana mitocondrial externa, o espazo intermembranoso, a membrana mitocondrial interna, as cristas e a matriz mitocondrial. As proteínas mitocondriais varían dependendo do tecido e das especies: en humanos identificáronse 615 tipos de proteínas distintas en mitocondrias de músculo cardíaco; e en ratas publicáronse 940 proteínas codificadas por distintos xenes. Pénsase que o proteoma mitocondrial está suxeito a regulación dinámica. Aínda que a maior parte do ADN da célula está no núcleo celular, a mitocondria ten o seu propio xenoma, que mostra moitas semellanzas cos xenomas bacterianos.

Existen varias enfermidades de orixe mitocondrial, algunhas das cales producen disfunción cardíaca, e moi probablemente participa no proceso de envellecemento.

## Historia 
A decuberta da mitocondria fíxose grazas ás achegas de varios investigadores, proba disto é o gran número de termos que se refiren a este orgánulo: Blefaroplasto, condrioconto, condriómitos, condrioplastos, condriosomas, condriosferas, fila, gránulos fucsinofílicos, Korner, Fadenkörper, mitoxel, corpos parabasais, vermículas, sarcosomas, corpos intersticiais, plasmosomas, plastocondrios, bioblastos. Cowdry e Lehninger intentaron en 1918 sistematizar e unificar todos os termos.

Probablemente as primeiras observacións débense ao botánico suízo Kolliker, quen en 1880-1888 anotou a presenza duns gránulos en células musculares de insectos aos que denominou *sarcosomas*. Chegou mesmo á conclusión de que presentaban membrana. En 1882, o alemán Walther Flemming descubriu unha serie de inclusións á que denominou *fila*. En 1884 tamén foron observados por Richard Altmann, quen máis tarde na súa obra publicada en Leipzig *Die Elementarorganismen* describe unha serie de corpúsculos que observa por medio dunha tinguidura especial que inclúe fucsina. Especula que se trata dunha suerte de parasitos independentes, co seu propio metabolismo e denomínaos *bioblastos*. este achado foi rexeitado como un artefacto da preparación, e só máis tarde foi recoñecido como mitocondrias por N.H. Cowdry (1916). Tamén os "plastídulos" do protozoólogo italiano Leopoldo Maggi poderían tratarse de observacións temperás de mitocondrias.

Porén, o nome de "mitocondria", que é o que acadou maior fortuna, débese a Carl Benda, quen en 1889 denominou así a uns gránulos que aparecían moi brillantes en tinguiduras de cristal violeta e alizarina, e que anteriormente foran denominados "citomicrosomas" por Velette St. George.

A presenza do ADN mitocondrial foi descuberta por Margit M. K. Nass e Sylvan Nass en 1963.

## Estrutura e composición 
miniatura|Estrutura dunha mitocondria.
A morfoloxía da mitocondria é difícil de describir posto que son estruturas moi plásticas que se deforman, se dividen e fusionan. Represéntanse normalmente en forma alongada. O seu tamaño varía entre 0,5 e 1 μm de diámetro e ata 7 μm de lonxitude..

### Espazo intermembranas 
Entre ambas as membranas queda delimitado un espazo intermembranoso que está composto por un líquido similar ao citosol; ten unha alta concentración de protóns como resultado do bombeo dos mesmos polos complexos encimáticos da cadea respiratoria. Nel localízanse diversos encimas que interveñen na transferencia do enlace de alta enerxía do ATP, como a adenilato quinase ou a creatina quinase. Tamén se localiza a carnitina, unha molécula implicada no transporte de ácidos graxos desde o citosol á matriz mitocondrial, onde serán oxidados (beta-oxidación).

### Matriz mitocondrial 
A matriz mitocondrial ou mitosol enche o espazo interno da mitocondria, contén menos moléculas que o citosol, aínda que contén ións, metabolitos a oxidar, ADN circular bicatenario moi parecido ao das bacterias, ribosomas tipo 55 S (70 S en vexetais), chamados mitorribosomas, que realizan a síntese dalgunhas proteínas mitocondriais, e contén ARN mitocondrial; é dicir, teñen os orgánulos que tería unha célula procariota de vida libre. Na matriz mitocondrial teñen lugar diversas rutas metabólicas chave para a vida, como o ciclo de Krebs e a beta-oxidación dos ácidos graxos; tamén se oxidan os aminoácidos e localízanse aquí algunhas reaccións da síntese de urea e grupos hemo.

## Funcións 
A principal función das mitocondrias é producir ATP, é dicir, fosforilar o ADP, por medio da respiración celular, e regular o metabolismo celular. Demostrouse recentemente que as mitocondrias das plantas poden producir unha pequena cantidade de ATP en ausencia de osíxeno usando no seu lugar nitrito como aceptor final de electróns.

#### Piruvato e ciclo de Krebs 
No citosol unha molécula de glicosa orixina dúas de piruvato nun proceso chamado glicólise. O piruvato é levado por transporte activo ao interior da mitocondria, e na matriz é oxidado, perdendo o seu grupo carboxilo (desprendido como CO2) e formando cos dous carbonos restantes acetil-CoA, xunto con NADH. Os coencimas reducidos tomaron electróns das moléculas do ciclo (en último extremo proceden da glicosa inicial) e cédenos aos transportadores de electróns da membrana mitocondrial interna.

A medida que crece o gradiente quimiosmótico no espazo intermembrana creado polo bombeo de protóns, estes poden tornar á matriz a través do complexo encimático da ATP sintetase, e o seu potencial enerxético é utilizado para a síntese no encima de ATP a partir de ADP e fosfato inorgánico (Pi). , Paul D. Boyer e John E. Walker.

### Produción de calor 
En certas condicións, os protóns poden reentrar nas mitocondrias sen contribuír á síntese de ATP. Esta *fuga de protóns* ou *desaxuste mitocondrial* débese á difusión facilitada de protóns na matriz das mitocondrias de certos tecidos especializados. O proceso ten como resultado que a enerxía potencial do gradiente de protóns se libera como calor. A termoxenina é unha proteína de 33kDa descuberta en 1973, que está presente fundamentalmente nas mitocondrias do tecido adiposo marrón, ou graxa marrón, polo que este tecido está especializado na produción de calor. Este tecido atópase sobre todo nos animais acabados de nacer (decrece coa idade), incluíndo humanos, e nos animais hibernantes. De feito, a súa capacidade para captar calcio rapidamente para despois cedelo fai das mitocondrias uns "tampóns citosólicos" para o calcio moi bos. O retículo endoplasmático é o lugar principal de almacenamento de calcio, e hai unha significativa interacción entre ese orgánulo e a mitocondria con respecto ao calcio. O calcio é introducido na matriz mitocondrial por un transportador da membrana mitocondrial interna. Está impulsado principalmente polo potencial de membrana mitocondrial.
* Sinalización por calcio (incluíndo a apoptose provocada polo calcio)
* Regulación da proliferación celular.
* Regulación do metabolismo celular. *(ver porfirina)*
* Síntese de esteroides.

Algunhas funcións mitocondriais só teñen lugar en determinado tipo de células. Por exemplo, as mitocondrias do fígado conteñen encimas que permiten a desintoxicación do amoníaco, un produto de refugallo do metabolismo proteico. Unha mutación nos xenes que regulan calquera destes procesos pode orixinar enfermidades mitocondriais.

## Xenoma mitocondrial 
miniatura|dereita|ADN mitocondrial.
O xenoma mitocondrial humano é unha molécula circular bicatenaria de ADN duns 16&nbsp;kilobases, que codifica 37 xenes: 13 para as subunidades proteicas dos complexos respiratorios I, III, IV e V, 22 para o ARNt mitocondrial (para os 20 aminoácidos estándar, e ademais dous xenes extra para a leucina e serina), e 2 para o ARNr.

O ADN mitocondrial humano ten unha proporción alta de ADN codificante e ausencia de repeticións e de intróns (pero noutros eucariotas si hai intróns non codificantes) e transcribe ARNm policistrónicos (multixénicos). Non obstante, a maioría das proteínas necesarias para a función mitocondrial están codificadas no ADN do núcleo celular. Nas mitocondrias atopáronse pequenas variacións ao código xenético estándar nun ou dous codóns, que varían entre especies. Os xenomas mitocondriais teñen menos xenes cós bacterianos dos que descenden, xa que durante o seu proceso de endosimbiose perderon algúns, e moitos outros foron transferidos ao núcleo celular, como as subunidades proteicas do complexo respiratorio II.

## Replicación e herdanza 
As mitocondrias poden dividirse por fisión binaria similar á división da célula bacteriana; pero a diferenza das bacterias, as mitocondrias poden fusionarse con outras mitocondrias. Poden dividirse en sincronía co ciclo celular, para que as células fillas leven suficientes copias das mitocondrias, ou dependendo das necesidades enerxéticas da células, o que varía coa especie.

En xeral o xenoma mitocondrial é de herdanza materna, xa que o esperma non adoita achegar ADN durante a fertilización ou este non e conserva. Son excepcións algunhas coníferas (pero non os piñeiros), nas que o ADN mitocondrial é de herdanza paterna. 
Como o ADN mitocondrial é de herdanza uniparental non se recombina, e as múltiples copias do ADN mitocondrial dunha célula tampouco ou raramente se recombinan, a secuencia completa do ADN mitocondrial pode considerarse un único haplotipo, o cal o fai moi útil para o estudo da historia evolutiva das poboacións, como se fixo nos estudos que conduciron a formular a hipótese da Eva mitocondrial.

## Membranas do retículo endoplasmático asociadas ás mitocondrias 
[miniatura|alt=ERMES tethering complex.|Modelo dos complexos [multiméricos de fixación (ERMES) que unen a membrana externa mitocondrial coas membranas do retículo endoplasmático que o rodea, formando o MAM.]]
As membranas do retículo endoplasmático asociadas ás mitocondrias (MAM) son outros elementos aos que cada vez se lles recoñece un papel máis importante no funcionamento mitocondrial. Estas membranas separábanse xunto coas mitocondrias nas técnicas de fraccionamento celular, e ao primeiro eran consideradas vesículas do retículo endoplasmático que contaminaban a fracción illada, pero pouco a pouco foise vendo que eran estruturas membranosas do MAM, é dicir, da interface entre as mitocondrias e o retículo endoplasmático. Existe unha unión física entre a membrana mitocondrial e as membranas do retículo endoplasmático que as rodea (o MAM) demostrada en micrografías e microscopía de fluorescencia.. Ao purificar o MAM dos fraccionamentos celulares vese que esas membranas están enriquecidas en encimas implicados no intercambio de fosfolípidos, ademais de en canles asociadas coa sinalización por Ca2+  Ao longo da historia común a maior parte dos xenes mitocondriais foron transferidos ao núcleo, de tal xeito que a mitocondria non é xa viable fóra da célula hóspede e esta non acostuma selo sen mitocondrias.

## Enfermidades mitocondriais 
O ADN mitocondrial humano contén información xenética para 13 proteínas mitocondriais e algúns ARN; non obstante, a maioría das proteínas das mitocondrias proceden de xenes localizados no ADN do núcleo celular e son sintetizadas por ribosomas libres do citosol e logo importadas polo orgánulo. Describíronse máis de 150 doenzas mitocondriais, como a enfermidade de Luft ou a neuropatía óptica hereditaria de Leber. Tanto as mutacións do ADN mitocondrial, como do ADN nuclear dan lugar a enfermidades xenéticas mitocondriais, que orixinan un mal funcionamento de procesos que se desenvolven nas mitocondrias, como alteracións de encimas, ARN, compoñentes da cadea de transporte de electróns e sistemas de transporte da membrana interna; moitas delas afectan ao músculo esquelético e ao sistema nervioso central.

O ADN mitocondrial pode danarse cos radicais libres formados na mitocondria; así, enfermidades dexenerativas relacionadas co envellecemento, como a enfermidade de Parkinson, a enfermidade de Alzheimer e as cardiopatías poden ter relacións con defectos mitocondriais.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Eva mitocondrial
* Hidroxenosoma
* Mitosoma
* Protomitocondria
* Cinetoplasto
* Proteína de transporte de membrana mitocondrial
* Complexo TIM/TOM

### Ligazóns externas 
* Mitochondria Atlas  da Universidade def Mainz.
* Mitochondria Research Portal en mitochondrial.net
* Mitochondria: Architecture dictates function en cytochemistry.net
* Mitochondria links da Universidade de Alabama.
* MIP Mitochondrial Physiology Society.
* 3D structures of proteins from inner mitochondrial membrane da Universidade de Míchigan.
* 3D structures of proteins associated with outer mitochondrial membrane da Universidade de Míchigan.
* Mitochondrial Protein Partnership da Universidade de Wisconsin.
* Mitochondrion - Cell Centered Database
* Mitochondrion Reconstructed by Electron Tomography da Universidade Estatal de San Diego.