Monografias | Importancia de la mitocondría y el núcleo en organismos eucariotas

Índice

1. Introducción
2. Importancia de la mitocondria y nucleo en organismos autotrofos
3. Estructura de las mitocondrias
4. Función mitocondrial
5. Investigación reciente sobre las mitocondrias
6. Conclusiones
7. Bibliografia

Mitocondria, diminuta estructura celular de doble membrana responsable de la conversión de nutrientes en el compuesto rico en energía trifosfato de adenosina (ATP), que actúa como combustible celular. 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. Las células con demandas de energía particularmente elevadas, como las musculares, tienen muchas más mitocondrias que otras. Por su acusado parecido con las bacterias aeróbicas (es decir, que necesitan oxígeno), los científicos creen que las mitocondrias han evolucionado a partir de una relación simbiótica o de cooperación entre una bacteria aeróbica y una célula eucarióticas ancestral.

Las mitocondrias son orgánulos granulares y filamentosos que se encuentran como flotando en el citoplasma de todas las células eucariotas. Aunque su distribución dentro de la célula es generalmente uniforme, existen numerosas excepciones. Por otro lado, las mitocondrias pueden desplazarse de una parte a otra de la célula. El tamaño es también variable, pero es frecuente que la anchura sea de media micra, y de longitud, de cinco micras o más. En promedio, hay unas 2000 mitocondrias por célula, pero las células que desarrollan trabajos intensos, como las musculares, tienen un número mayor que las poco activas, como por ejemplo las epiteliales.

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. Éstas a su vez se encuentran tapizadas de pequeños salientes denominados partículas elementales. Entre las dos membranas mitocondriales queda un espacio llamado cámara externa, mientras que la cámara interna es un espacio limitado por la membrana por la membrana mitocondrial interna, que se encuentra llena de un material denominado matriz mitocondrial. En el interior de las mitocondrias, localizadas en distintas porciones, se han podido identificar las enzimas que intervienen en el ciclo de Krebs, así como las que participan en las cadenas de transporte de electrones y la fosforificación oxidativa. Esto ha hecho que se compare a las mitocondrias con calderas en las que los seres vivos queman (oxidan) diferentes componentes para recuperar la energía que contienen y convertirla en ATP (ácido adenosín trifosfótico). Es muy probable que la mayoría de las mitocondrias, si no todas, se originen por fragmentación de otras ya existentes, antes de la división celular.

Las mitocondrias prensentan estrechas asociaciones topograficas con los elementos del reticulo endoplasmatico, lo cual se debe a las necesidades de este ultimo para recibir para su proceso d síntesis la energía producidas por ellas, que, por otra parte, son probablemente deudoras, frente al retículo endoplasmatico de las proteínas o de otros compuestos necesarios para su crecimiento y multiplicación.

En partes particulares de la actividad celular, sobretodo en los periodos de intensa multiplicación del condrioma, las mitocondrias se adosan de la membrana nuclear, proceso q se ha observado con el microscopio óptico, valiéndose de la microcinematografía en contraste de fase, y también con el electrónico. Ha sido posible constatar, en oocitos de muchos animales en fases precoces del desarrollo, la salida del núcleo de una notable cantidad de material, producido verosilmente en el mismo. Las mitocondrias reciben del núcleo un estimulo para su intensa multiplicación. Se ignora todavía la naturaleza química de este material que parece desempañar un papel tan importante en la multiplicación mitocondrial: Es posible, no obstante, que se trate de ARN, o bien de NAD+ o NADP+, es decir de una coenzima necesaria para las mitocondrias, pero sintetizada solamente al nivel del nucléolo.

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.

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.

FUNCIÓN MITOCONDRIAL

La 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.

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.

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

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.

 

1. 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.

 

• 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
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