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Biología (08) · Unidad 5 — La transformación de la energía

La mitocondria

La mitocondria es la organela donde la célula termina de quemar los nutrientes con oxígeno y fabrica la mayor parte de su ATP. Tiene dos membranas: la externa, permeable, y la interna, plegada en crestas, que lleva la cadena respiratoria y la ATP sintasa. Adentro, la matriz tiene las enzimas del ciclo de Krebs y un ADN propio.

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La explicación

El problema: el músculo que se cansa

Cuando corrés, tus músculos gastan ATP a toda velocidad. Para reponerlo, las células queman glucosa y grasas con el oxígeno que llega por la sangre. La glucosa empieza a romperse en el citosol (tema 5.5), pero la mayor parte de la energía se saca adentro de una organela: la mitocondria. Por eso se dice, con un poco de exageración, que es la «central de energía» de la célula.

Forma, tamaño, número y lugar

Las mitocondrias son cilindros o salchichitas de alrededor de medio a un micrómetro de ancho y unos pocos micrómetros de largo, del tamaño de una bacteria. Pero no son fijas: cambian de forma, se dividen en dos y se fusionan entre sí.

Su número depende de cuánta energía gasta la célula: una célula de hígado tiene cientos a miles; una del músculo del corazón, que no descansa nunca, tiene tantas que ocupan una parte grande de su volumen. El glóbulo rojo maduro de los mamíferos, en cambio, no tiene ninguna: saca su ATP sólo de la glucólisis.

Y se ubican donde se gasta el ATP: entre las fibras que se contraen en el músculo, o enrolladas alrededor de la base de la cola en el espermatozoide (la pieza intermedia), que es el motor que la mueve.

Dos membranas, dos espacios

Membrana externa: lisa y bastante permeable. Tiene canales grandes (porinas) que dejan pasar libremente moléculas chicas e iones.
Espacio intermembrana: entre las dos membranas. Ahí se acumulan los protones que bombea la cadena respiratoria (tema 5.6).
Membrana interna: muy impermeable (ni siquiera los protones la cruzan libremente) y plegada en crestas, que aumentan su superficie. Lleva la cadena respiratoria, la ATP sintasa y transportadores específicos para lo que tiene que entrar y salir (piruvato, ADP, ATP, fosfato). Tiene un lípido raro, la cardiolipina, parecido a los de las bacterias.
Matriz: el interior. Tiene las enzimas que oxidan el piruvato, las del ciclo de Krebs y las que desarman los ácidos grasos, además de un ADN propio circular y ribosomas.
Cómo reconocer cada parte en un dibujo
1. La línea lisa de afuera es la membrana externa.
2. La que se pliega hacia adentro formando tabiques es la interna; cada pliegue es una cresta.
3. La franja entre las dos es el espacio intermembrana.
4. Todo lo que queda adentro de la interna es la matriz.

La forma explica la función

La cadena respiratoria y la ATP sintasa están en la membrana interna: cuanta más membrana, más ATP se puede fabricar. Por eso las mitocondrias del músculo cardíaco tienen crestas muy apretadas, y las de células que gastan poco, pocas. Y como la membrana interna es impermeable, los protones que se bombean al espacio intermembrana no se escapan: quedan como un dique listo para mover la ATP sintasa.

La comparación con el cloroplasto (tema 5.1) ordena todo: los dos tienen ADN y ribosomas propios y fabrican ATP con un gradiente de protones. En la mitocondria, los protones se acumulan en el espacio intermembrana y el ATP se forma en la matriz; en el cloroplasto, se acumulan en el lumen del tilacoide y el ATP se forma en el estroma.

Qué entra y qué sale

Entran a la matriz: piruvato (de la glucólisis), ácidos grasos, O₂, ADP y fosfato. Salen: CO₂, agua y ATP. Para pasar del citosol a la matriz hay que cruzar dos membranas: la externa y la interna.

Cómo se cuentan membranas
1. Marcá de qué espacio sale la molécula y a cuál llega.
2. Contá cada bicapa que hay en el medio: la membrana plasmática si sale o entra a la célula, la externa y la interna de la organela.
3. Las paredes celulares no son membranas, y el ADN o los ribosomas tampoco «separan» nada.

El ADN de la mitocondria

Las mitocondrias tienen su propio ADN, pequeño y circular: en las personas son unos 16 500 pares de bases con 37 genes. La mayoría de las proteínas de la mitocondria, igual, están codificadas en el núcleo, se fabrican en el citosol y se importan. En casi todos los animales, las mitocondrias del embrión vienen del óvulo: el ADN mitocondrial se hereda por vía materna. El origen de ese ADN se ve en el tema 5.7.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

En una célula muscular, una molécula de piruvato entra a la mitocondria, se oxida, y su carbono sale como CO₂ hacia la sangre. a) ¿Cuántas membranas cruza el piruvato hasta llegar a donde se oxida? b) ¿Cuántas cruza el CO₂ desde ahí hasta salir de la célula? c) ¿En qué parte de la mitocondria se acumulan los protones y en cuál se forma el ATP?

Primero, dónde pasa cada cosa: el piruvato se oxida y entra al ciclo de Krebs en la matriz.

a) El piruvato. Del citosol a la matriz: membrana externa (1) y membrana interna (2). Dos membranas. La externa la cruza por las porinas; la interna, con un transportador específico, porque es impermeable.
b) El CO₂. De la matriz al exterior de la célula: membrana interna (1), membrana externa (2) y membrana plasmática (3). Tres membranas. El CO₂ es chico y sin carga: las cruza por difusión simple.
c) Los protones y el ATP. La cadena respiratoria bombea protones de la matriz al espacio intermembrana. Vuelven a la matriz por la ATP sintasa, y el ATP se forma en la matriz.

Lo que conviene ver de una: la membrana interna es el corazón de la mitocondria. Es impermeable (por eso los protones no se escapan), está plegada (por eso hay mucha cadena respiratoria) y separa los dos espacios que importan.

Dónde se pierde el punto: en contar una sola membrana para el piruvato (se recuerda «entra a la mitocondria» y se olvida que la mitocondria tiene dos), en olvidar la membrana plasmática del CO₂, y en poner los protones en la matriz.

Y uno del nivel del parcial

Se comparan con el microscopio electrónico tres tipos de células de un mismo animal: del músculo del corazón, de la epidermis (de la capa profunda, que todavía está viva) y del tejido graso blanco. Las mitocondrias de una de ellas tienen crestas muy apretadas y ocupan una parte grande del volumen. ¿Cuál será, y por qué? ¿Qué cambiaría en un glóbulo rojo maduro?

La pregunta de fondo: quién gasta más ATP de manera continua.

El músculo del corazón se contrae toda la vida, sin descanso, y depende casi por completo de la respiración con oxígeno. Es la que tiene más mitocondrias y con más crestas.
Las de la epidermis y las del tejido graso blanco gastan relativamente poco: tienen menos mitocondrias y crestas más espaciadas.
El glóbulo rojo maduro no tiene ninguna. Saca su ATP de la glucólisis, en el citosol. Tiene una ventaja: no gasta el oxígeno que transporta.

El razonamiento que vale para cualquier caso: la cadena respiratoria está en la membrana interna. Más demanda de ATP → más membrana interna → más crestas y más mitocondrias.

Dónde se pierde el punto: en pensar que el número de mitocondrias es fijo para todas las células. Cambia según el tejido, y hasta con el entrenamiento.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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