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Crista

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Una cresta ( / ˈ k r ɪ s t ə / ; pl. : crestas ) es un pliegue en la membrana interna de una mitocondria . Las crestas le dan a la membrana interna su característica forma arrugada, proporcionando una gran superficie para que ocurran reacciones bioquímicas , especialmente la fosforilación oxidativa . Las crestas están cubiertas de proteínas , incluyendo la ATP sintasa y una variedad de citocromos .

Fondo

Con el descubrimiento de la estructura de doble membrana de las mitocondrias, los pioneros de la investigación ultraestructural mitocondrial propusieron diferentes modelos para la organización de la membrana interna mitocondrial. [ 1 ] Se propusieron tres modelos:

  • Modelo de deflectores : Según Palade (1953), la membrana interna mitocondrial presenta una estructura convoluta similar a un deflector, con amplias aberturas hacia el espacio intracristal. Este modelo se incorporó a la mayoría de los libros de texto y fue ampliamente aceptado durante mucho tiempo.
  • Modelo de septos : Sjöstrand (1953) sugirió que láminas de membrana interna se extienden como septos (plural de septo ) a través de la matriz, separándola en varios compartimentos distintos. [ 2 ]
  • Modelo de unión de crestas : Daems y Wisse (1966) propusieron que las crestas están conectadas a la membrana límite interna mediante estructuras tubulares caracterizadas por diámetros relativamente pequeños, denominadas uniones de crestas (UC). A mediados de la década de 1990, estas estructuras fueron redescubiertas mediante tomografía electrónica, lo que condujo al establecimiento de este modelo, actualmente ampliamente aceptado. [ 3 ]

Investigaciones más recientes (2019) revelan la formación de filas de dímeros de ATP sintasa (anteriormente conocidos como "partículas elementales" u "oxisomas") en las crestas mitocondriales. Estos dímeros, que se curvan alrededor de la membrana, presentan una forma curvada y podrían constituir el primer paso en la formación de las crestas. [ 4 ] Se sitúan en la base de la cresta. Un complejo proteico del sistema organizador de crestas del sitio de contacto mitocondrial (MICOS) ocupa la unión de las crestas. Proteínas como OPA1 participan en la remodelación de las crestas. [ 5 ]

Las crestas se clasifican tradicionalmente según su forma en crestas lamelares, tubulares y vesiculares. [ 6 ] Aparecen en diferentes tipos de células. Se debate si estas formas surgen por vías diferentes. [ 7 ]

Estructura y composición

Al igual que otras regiones de la membrana mitocondrial interna , las crestas son ricas en cardiolipina y carecen de colesterol , por lo que son mucho menos permeables a las moléculas que otras membranas. Las crestas no son pliegues fijos, sino estructuras dinámicas altamente moduladas por factores como el estrés y la nutrición.

Se cree que las crestas evolucionaron a partir de mesosomas bacterianos, lo que hace que la función de las mitocondrias sea más parecida a la de una bacteria encerrada por una membrana eucariota. [ 8 ]

Función

Las crestas aumentan considerablemente la superficie de la membrana interna y proporcionan una plataforma que sirve de soporte a las enzimas y transportadores responsables de la cadena de transporte de electrones , la síntesis de ATP y otras funciones mitocondriales.

El modelado matemático sugirió que las propiedades ópticas de las crestas en las mitocondrias filamentosas pueden afectar la generación y propagación de la luz dentro del tejido. [ 9 ]

Cadena de transporte de electrones

Una mitocondria , con crestas marcadas.

La cadena de transporte de electrones es responsable de la liberación de energía de los electrones de alta energía almacenados como NADH y FADH2 . La energía se utiliza para bombear iones H + al espacio intermembrana, estableciendo un gradiente electroquímico , mientras que los electrones son finalmente recibidos por el oxígeno , formando agua. Este gradiente electroquímico crea una fuerza protón-motriz a través de la membrana interna, impulsando la síntesis de ATP catalizada por la ATP sintasa .

síntesis de ATP

La ATP sintasa utiliza el gradiente electroquímico generado por la oxidación de las moléculas de NADH y FADH₂ para impulsar la síntesis de ATP. La oxidación de una molécula de NADH y de una molécula de FADH₂ puede impulsar la síntesis de 3 y 2 moléculas de ATP, respectivamente.

Por ejemplo, una molécula de glucosa libera 8 moléculas de NADH y 2 de FADH₂ a través de la glucólisis y el ciclo de Krebs , a cambio de lo cual se generan 28 moléculas de ATP. Esto significa que, en conjunto con el ciclo de Krebs y la glucólisis , la eficiencia de la cadena de transporte de electrones es de aproximadamente el 65%, en comparación con solo el 3,5% de eficiencia de la glucólisis por sí sola.

Referencias

  1. ↑ Griparic, L; van der Bliek, AM (agosto de 2003). "Las múltiples formas de las membranas mitocondriales" . Traffic . 2 ( 4): 235– 44. doi : 10.1034/j.1600-0854.2001.1r008.x . PMID 11285133. S2CID 9500863 .  
  2. ↑ Sjostrand, F (3 de enero de 1953). "Sistemas de membranas dobles en el citoplasma de ciertas células tisulares". Nature . 171 (4340): 31– 32. doi : 10.1038/171031a0 . S2CID 6765607 . 
  3. ^ Zick, M; Rabl, R; Reichert, AS (enero de 2009). "Ultraestructura y función de las mitocondrias que unen la formación de crestas" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . 1793 (1): 5– 19. doi : 10.1016/j.bbamcr.2008.06.013 . PMID 18620004 . 
  4. ↑ Blum TB, Hahn A, Meier T, Davies KM, Kühlbrandt W (marzo de 2019). "Los dímeros de la ATP sintasa mitocondrial inducen la curvatura de la membrana y se autoensamblan en filas" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 116 (10): 4250– 4255. Bibcode : 2019PNAS..116.4250B . doi : 10.1073 / pnas.1816556116 . PMC 6410833. PMID 30760595 .  
  5. ↑ Baker, Nicole; Patel, Jeel; Khacho, Mireille (noviembre de 2019). "Vinculando la dinámica mitocondrial, la remodelación de las crestas y la formación de supercomplejos: cómo la estructura mitocondrial puede regular la bioenergética" . Mitochondrion . 49 : 259–268 . doi : 10.1016/j.mito.2019.06.003 . PMID 31207408 . 
  6. ↑ Hanaki M, Tanaka K, Kashima Y (1985). "Estudio mediante microscopía electrónica de barrido de las crestas mitocondriales en la corteza suprarrenal de la rata". Journal of Electron Microscopy . 34 (4): 373– 380. PMID 3837809 . 
  7. ↑ Stephan, Till; Roesch, Axel; Riedel, Dietmar; Jakobs, Stefan (27 de agosto de 2019). "Nanoscopía STED de células vivas de crestas mitocondriales" . Scientific Reports . 9 (1): 12419. Bibcode : 2019NatSR...912419S . doi : 10.1038/s41598-019-48838-2 . PMC 6712041. PMID 31455826 .  
  8. ↑ Rao, J., Wan, Qq., Chen, L.; et al. "Cristae: puentedging bioenergetic hubs and compartmental barriers in mitochondrial homeostasis". Cell Death Dis 17, 552 (2026) . doi : 10.1038/s41419-026-08779-x . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  9. ↑ Thar, R. y M. Kühl (2004). "¿Propagación de la radiación electromagnética en las mitocondrias?". J. Theoretical Biology , 230 (2), 261-270.Archivado el 18 de julio de 2013 en Wayback Machine.