4.2. Las mitocondrias

Como se ha visto en epígrafes anteriores, en particular 2.1.3. Flujo de electrones y fosforilación, y en la actividad 16, llegamos a la conclusión de que si el NADH cedía electrones al O₂ liberaría energía suficiente para sintetizar varias moléculas de ATP. Pero sabemos también que dicha energía no se puede recuperar en forma de ATP a menos que los electrones “caigan” dando pequeños saltos, y no bruscamente. En 1939 se averiguó que esos saltos intermedios transcurrían, probablemente, a través de la cadena respiratoria.

Esta fosforilación oxidativa —como se la llamó para distinguirla de la fosforilación a nivel del sustrato— era muy sensible a la presión osmótica del medio, lo que sugirió que se producía en un orgánulo rodeado por una membrana. Muchos años atrás, en 1857, el fisiólogo y anatomista suizo Rudolph Albert von Kölliker (1817-1905) había descubierto los orgánulos hoy llamados mitocondrias (del griego mito, “hilo”, y khondro, “cartílago”). Décadas después seguía sin conocerse su función. ¿Podría ser una mitocondria el famoso interrogante planteado en la figura al inicio de este apartado 4?

En 1948, los bioquímicos estadounidenses Eugene Patrick Kennedy (n. 1919) y Albert Lester Lehninger (1917-1986) aislaron y suspendieron mitocondrias en un medio con fosfatos y observaron que se producía la oxidación del piruvato a expensas del oxígeno molecular, así como ATP. En cambio, nada de esto se producía en el citosol ni en el núcleo. También descubrieron que la mitocondria es el lugar donde ocurre no solo la fosforilación oxidativa, sino la descarboxilación oxidativa del piruvato, el ciclo de Krebs y la β-oxidación de los ácidos grasos (excepto su etapa de activación, que tiene lugar en el citosol).

Las mitocondrias son orgánulos con un tamaño semejante al de células procarióticas, y su forma puede ser desde abastonada hasta casi esférica gracias a la plasticidad de su membrana. Se encuentran en la mayor parte de células eucariotas. Su número es muy variable dependiendo del tamaño y tipo de la célula: una célula hepática contiene alrededor de mil mitocondrias, mientras que una célula de levadura tiene tan solo dos. En 1952, el biólogo rumano George Emil Palade (1912-2008) averiguó, gracias al microscopio electrónico, que las mitocondrias están rodeadas por una doble membrana:

• Una membrana mitocondrial externa, que posee una estructura similar a la de la membrana plasmática, pero más permeable y menos rígida porque carece de esteroles. También tiene proteínas en forma de canal, llamadas porinas mitocondriales o VDAC (canales aniónicos dependientes del voltaje), que permiten el paso de iones, fosfato, ATP, polipéptidos y metabolitos como el piruvato.
• Un sistema de membranas internas plegadas llamadas crestas mitocondriales. Estas membranas internas albergan los componentes de la cadena respiratoria y las enzimas que participan en la producción de ATP, así como los transportadores de metabolitos entre la mitocondria y el citosol.

El interior de la mitocondria o matriz contiene la deshidrogenasa del piruvato y todas las enzimas responsables del ciclo de Krebs (excepto dos que se localizan en la membrana interna, aunque su centro activo está orientado hacia la matriz). También incluye moléculas como el acetil-CoA, el NADH y las enzimas responsables de la β- oxidación de los ácidos grasos.