1.2. Morfología, bioenergética y metabolismo
El reconocimiento de las mitocondrias como orgánulos distintos se remonta a las primeras
observaciones con microscopio óptico, incluidas las del fisiólogo suizo Albert von Köliker (ca.
1857). Tras los avances en la tinción histológica, Richard Altmann (ca. 1886) acuñó el término
«bioblastos» para referirse a estructuras filamentosas que creía de origen procariota (31,32).
Sus observaciones precedieron a las hipótesis posteriores de los biólogos evolutivos que
planteaban que las mitocondrias podrían haber surgido como un evento de fusión endosimbiótica
entre eubacterias y una célula eucariota primitiva (33). El término «mitocondria», derivado del
griegomitos, que significa hilo, ychondros, que significa gránulo, fue introducido posteriormente
por el biólogo Carl Benda en 1898 durante el estudio de la espermatogénesis (34). La
bioquímica alemana Leonor Michaelis introdujo el primer colorante vital específico para
mitocondrias, Janus Green-B, en 1900 (35). Las primeras micrografías electrónicas de
mitocondrias fueron publicadas por Claude y Fullam en 1945 (36). Análisis ultraestructurales
adicionales realizados por George Palade (37) dilucidaron detalles finos de las estructuras de la
membrana, incluidas las crestas de la membrana interna. El reconocimiento del papel funcional
de las mitocondrias en la producción de energía data de 1946, coincidiendo con la localización de
las enzimas citocromocoxidasa y succinato oxidasa en partículas mitocondriales (38).
En la visión moderna, las mitocondrias son orgánulos distintos rodeados por la membrana
mitocondrial externa (MME), que a su vez define un espacio intermembrana (EIM) y encierra una
membrana mitocondrial interna (MMI) separada. Las invaginaciones de la MMI, denominadas
crestas, sirven de soporte para el aparato respiratorio. Un complejo proteico de la MMI, el sitio
organizador de contacto y crestas mitocondriales (MICOS), es esencial para la integridad
ultraestructural mitocondrial, ya que la eliminación de componentes de este complejo anula la
formación de crestas (39,40).
La membrana mitocondrial interna (MMI) contiene un compartimento central denominado matriz.
La energía celular generada por las mitocondrias se manifiesta en la producción del transportador
de fosfato de alta energía adenosín trifosfato (ATP), mediante un proceso llamado fosforilación
oxidativa (OXPHOS). Los tejidos con alta demanda metabólica, como el músculo esquelético,
poseen un contenido mitocondrial significativamente mayor para satisfacer sus necesidades
energéticas.
Durante el metabolismo celular oxidativo (FIGURA 1), la oxidación de la glucosa durante la
glucólisis culmina en la generación de piruvato, que, al ser importado a las mitocondrias a través
del transportador de piruvato, se convierte en acetil-CoA (AcCoA) que impulsa el ciclo de Krebs
en la matriz mitocondrial. El dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADH) y el dinucleótido de
flavina y adenina (FADH2)generados en el ciclo de Krebs sirven como donantes de electrones
para la fosforilación oxidativa mitocondrial. Este proceso implica la transferencia de electrones a
través de complejos proteicos que componen la cadena de transporte de electrones mitocondrial
(CTE). La CTE consta de cuatro complejos (Complejos 1-4) que facilitan el transporte de
electrones al oxígeno molecular (O2)(41): Complejo 1 (CI: NADH deshidrogenasa,
NADH:ubiquinona oxidorreductasa); Complejo 2 (CII: succinato deshidrogenasa), que también
reside en el ciclo de Krebs y utiliza el succinato, producto del ciclo de Krebs, como sustrato;
Complejo 3 [CIII: coenzima Q (CoQ): citocromocoxidorreductasa, citocromobc 1); Complejo 4
(CIV: citocromo-coxidasa, citocromoaa3]. Estos complejos proteicos incluyen cofactores,
hemo y flavina, e interactúan con pequeños transportadores de electrones moleculares:
ubiquinona y citocromoc(Cyt-c). La fijación terminal de oxígeno por la actividad del CIV convierte
O₂enagua mediante un proceso de reducción de cuatro electrones (1/2O₂+NADH +
H⁺→H₂O+NAD⁺). El flujo masivo de electrones a través de la ETC genera un gradiente de
eflujo de protones a través de la IMM, que a su vez impulsa la producción de ATP a través de la
ATP sintasa (F₀F₁-ATPasa)(1,19). Se genera un rendimiento máximo teórico de 36–38
moléculas de ATP por mol de glucosa oxidada, de las cuales 34–36 moléculas se atribuyen a la
OXPHOS y el resto a la glucólisis y al ciclo de Krebs.
