Mitocondria

La mitocondria es el principal proveedor de ATP de la célula — la molécula que prácticamente cualquier otra reacción del cuerpo gasta. Es el único orgánulo fuera del núcleo que lleva su propio ADN.

Una célula humana típica tiene 100 to 2000 mitochondria, y el número aumenta en las células que se ganan la vida trabajando duro: fibras musculares, células de los túbulos renales, grasa parda. La cifra no es fija — el ejercicio puede duplicarla y la inanición puede reducirla.

Las mitocondrias parecen judías alargadas de unos 0.5 to 1 μm de ancho. Cada una está delimitada por dos membranas, y el hueco entre ellas importa más de lo que parece.

La membrana externa es la envoltura lisa y permeable. Las moléculas e iones pequeños la atraviesan casi libremente a través de poros llamados porinas. Aquí empieza la frontera entre el "interior de la mitocondria" y "el resto del citoplasma", pero la química no ocurre aquí.

La membrana interna es el motor. Está densamente plegada en estanterías llamadas crestas (cristae), y ese plegamiento es la clave: proporciona a la célula aproximadamente 5 times more surface area para la maquinaria proteica que vive en ella. La cadena de transporte de electrones, la ATP sintasa y los transportadores que importan sustrato — todos se asientan en la membrana interna.

Entre esas dos membranas se encuentra el delgado espacio intermembrana. Los protones son bombeados a este espacio durante la cadena de transporte de electrones, construyendo un gradiente de carga que la ATP sintasa gastará después.

En el interior de todo está la matriz — una sopa densa que contiene:

• Las enzimas del ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico).
• Un pequeño bucle de ADN mitocondrial (ADNmt), de unos 16,500 base pairs en humanos, que codifica 13 proteínas de la cadena de transporte de electrones más sus propios ARN ribosomales y ARN de transferencia.
• Ribosomas mitocondriales — ligeramente distintos a tus otros ribosomas, motivo por el cual algunos antibióticos que golpean a las bacterias también molestan a las mitocondrias. (Guarda esa idea.)

En el modelo 3D de arriba, gira el orgánulo y fíjate en que las crestas no son aleatorias — tienden a alinearse perpendicularmente al eje largo, maximizando el empaquetamiento.

El trabajo estelar de la mitocondria es la fosforilación oxidativa — pasar piruvato (procedente de la glucosa) y ácidos grasos por el ciclo de Krebs en la matriz, volcar los electrones resultantes en la cadena de la membrana interna y usar la energía liberada para bombear protones hacia afuera. Los protones regresan luego a través de la ATP sintasa, y la rotación resultante impulsa ADP + Pi → ATP.

Una molécula de glucosa completamente oxidada a CO₂ + H₂O rinde aproximadamente 30 ATP por esta ruta, frente a apenas 2 de la glucólisis sola. Esa proporción es la razón por la que la respiración aeróbica es tan dominante — y por la que perder oxígeno mata a las células tan rápido.

Pero el ATP no es lo único que hacen las mitocondrias:

• Amortiguación de calcio. Son el mayor almacén de calcio de la célula después del retículo endoplásmico y participan en la señalización neuronal.
• Calor (en la grasa parda). La proteína desacopladora 1 cortocircuita la ATP sintasa para que el gradiente se disipe como calor. Los recién nacidos y los mamíferos hibernantes dependen de esto.
• Muerte celular programada. Cuando una célula está demasiado dañada para repararse, la liberación de citocromo c desde el espacio intermembrana al citoplasma desencadena la apoptosis. Esa regulación tan estricta es la razón por la que a las mitocondrias se las llama a veces el "interruptor de apagado" de la célula.

El origen endosimbiótico

Hace aproximadamente 2 billion years ago, un antepasado eucariota temprano probablemente engulló una α-proteobacteria de vida libre y no la digirió. La bacteria siguió dividiéndose en su interior. A lo largo de generaciones, la mayoría de sus genes migraron al núcleo del hospedador, pero conservó un genoma residual y una doble membrana (una de cuyas capas tiene una composición aún aproximadamente bacteriana).

Por eso los antibióticos cloranfenicol y tetraciclina — que atacan a los ribosomas bacterianos — también pueden alcanzar a los ribosomas mitocondriales a dosis altas. Y por eso el ADN mitocondrial se hereda por vía materna: las mitocondrias del espermatozoide, empaquetadas en la pieza intermedia para el viaje, son marcadas para su degradación tras la fecundación.

Las preguntas sobre mitocondrias son extremadamente frecuentes en todos los sistemas de exámenes. Atento a estos patrones:

• AP Biology Unit 4.1 (Bioenergética celular): La mayoría de las preguntas evalúan si sabes localizar cada paso de la respiración celular en el compartimento correcto — glucólisis en el citoplasma, Krebs en la matriz, fosforilación oxidativa en la membrana interna. Memoriza el mapa, no la lista de moléculas.
• IB HL Topic 2.8 / C1: "Explica por qué las crestas aumentan el rendimiento de ATP" es una clásica pregunta de 4 puntos. La respuesta no es solo "más espacio para la ATP sintasa" — nombra las proteínas de la membrana interna (complejos I-IV de la ETC y ATP sintasa), y después el argumento del área superficial.
• MCAT Biology Foundation 1B: Patrones de herencia. Si un pedigrí muestra un rasgo que se transmite únicamente de las madres a todos los hijos (hijos e hijas), es ADN mitocondrial — ni ligado al X, ni autosómico.
• USMLE Step 1: Las enfermedades asociadas a mutaciones del ADNmt (neuropatía óptica hereditaria de Leber, MELAS, MERRF) y el patrón de herencia materna aparecen con regularidad.

La historia de la mitocondria es la mitad de la historia de la energía en las células. Para ver la otra mitad:

• Célula animal — observa dónde se sitúan las mitocondrias respecto al resto de orgánulos en un eucariota típico.
• Célula vegetal — tiene mitocondrias y cloroplastos, el único par de orgánulos con su propio ADN.
• Cloroplasto — la contraparte fotosintética con la misma historia de origen endosimbiótico.
• Fibra muscular esquelética — una de las células más ricas en mitocondrias del cuerpo, especialmente en las fibras de contracción lenta.
• Espermatozoide — las mitocondrias se concentran en la pieza intermedia para alimentar el flagelo y luego son destruidas tras la fecundación.

• "La central energética de la célula" implica que fabrica energía. No la fabrica. La energía se conserva. La mitocondria convierte la energía química de los alimentos en energía química en forma de ATP — una transferencia, no una creación. (Te restarán puntos por escribir "crea energía".)
• Las crestas son pliegues aleatorios. No lo son. Su forma y densidad son mantenidas activamente por un complejo proteico llamado MICOS, y se remodelan durante la apoptosis.
• Todas tus mitocondrias proceden de tu madre. Casi. Aproximadamente 1 de cada 5000 niños hereda mitocondrias paternas, un fenómeno llamado fuga paterna (paternal leakage). La regla del "estrictamente materna" es lo bastante cierta a efectos de examen, pero conviene saberlo.

• Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell, 7th ed. — Chapter 14: Energy Conversion: Mitochondria and Chloroplasts.
• Friedman, J.R. & Nunnari, J. "Mitochondrial form and function." Nature 505, 335-343 (2014).
• College Board AP Biology Course and Exam Description (2025) — Unit 4 (Cellular Energetics).