Membrana mitocondrial interna
estructura del interior de la mitocondria
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La membrana mitocondrial interna, membrana interna mitocondrial [1] (IMM / MIM en inglés Mitochondrial Inner Membrane MIM), es una estructura del interior de la mitocondria, posee una superficie mayor que la membrana externa, y despliega estructuras denominadas "crestas" (cristae) que pueden adoptar una variedad de formas.
IBM = membrana interna limitante.
CM = membrana de cresta, compartimiento de cresta en gris. CJ = unión de cresta. Micro-compartimientos.
En su composición, contiene aproximadamente 75 % de proteínas y 20% de cardiolipinas en peso seco. Es mucho más rica en proteínas que la membrana externa.[2]
La IMM cumple dos funciones básicas: servir de andamiaje para los complejos de la cadena respiratoria y proporcionar una barrera para un gradiente químico.[3]
Las crestas son compartimentos bioenergéticos dinámicos, cuya forma cambia en diferentes condiciones fisiológicas.[4]
Historia
Hace unos sesenta años las herramientas de la genética, de la microscopía electrónica y de la biología molecular se incorporaron al estudio de la membrana de la mitocondria.
La naturaleza de doble membrana limitada/ limitante fue revelada por la microscopía electrónica celular en la década de 1950.[5]
En 1952 y 1953 G. Palade mostraba los resultados de sus investigaciones;
[6]
Additional evidence for the lamellae being internal ridges and not true septacan also be derived from serial sections...
It appears therefore from the preceding that the mitochondria possess a system of internal ridges anchored on the inside surface of the mitochondrial membrane and protruding to various depths into a continuous and apparently homogeneous matrix. In a previous paper the name of cristae mitochondriales was proposed for these lamellae as best describing their shape and their disposition in three dimensions...The light central layer, measures approximately 8 mμ and each of the dense layers 5 mμ (50 A).
The mitochondrial membrane appears to be double and the second, internal membrane is continuous with the dense layer of a number of cristae that radiate from the depression walls towards the interior of the mitochondrion. In addition, the light space between the two mitochondrial membranes is found to have approximately the same width as the central lightlayer of the cristae, with which it appears to communicate freely.
...the lamellae are ridges that protrude inwards to only a limited depth, without reaching the opposite side, then they should appear as continuous, traversing bands, only in longitudinal sections cutting close to the mitochondrial membrane (lateral-longitudinal sections). Palade, 1953[6]
La "membrana interna" mitocondrial parecía plegarse hacia adentro para formar lo que Palade llamó cristae "crestas".[7]
En la década de 1960 se estableció que la "membrana interna" era el lugar físico de la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa, dio relevancia a la estructura de la membrana para los procesos bioenergéticos.[7]
Los términos "pliegues" e "invaginaciones" se usaron a menudo indistintamente para describir las crestas.
En la década de 1980 la aplicación de los desarrollos en hardware y software hicieron prácticas las reconstrucciones tridimensionales de alta resolución con la técnica de la tomografía electrónica.
La microscopía electrónica de transmisión convencional implica la captura de imágenes individuales de muestras delgadas, típicamente secciones de plástico de tan solo 50-100 nm de espesor. En la tomografía EM, se obtienen múltiples imágenes de proyección que representan diversas vistas de una muestra cuyo espesor puede variar entre 0,25 y 1,5 μm. (Frey,2000)
La microscopía crioelectrónica (criotomografía) permite la obtención de imágenes directas de mitocondrias aisladas congeladas por inmersión rápida en ausencia de fijadores químicos o colorantes. (Frey,2000)
Otra tecnología clave es la microscopía de superresolución, que facilita la resolución a nanoescala en la microscopía óptica. Con ella se pueden observar las crestas mitocondriales incluso en células vivas.[8]
Estructura
La membrana interna MIM, muestra profundas invaginaciones, complejas e intrincadas denominadas "cristae" o crestas (CM).[9]
OMM Membrana mitocondrial externa.
IMM/IBM Membrana mitocondrial interna.
IMS Espacio intermembrana (color amarillo) entre la OMM y la IMM .
CJ base; CJ neck; C sheet; C tip.
OMM Membrana mitocondrial externa.
IMM Membrana mitocondrial interna.
IMS Espacio intermembrana (color amarillo) entre la OMM y la IMM.
La IMM se divide a su vez en la membrana límite interna (IBM).
La membrana interna presenta un plegado complejo y contiene varios grupos de proteínas (o complejos proteicos), incluyendo los complejos respiratorios que generan ATP.
El plegado correcto de la membrana interna es crucial.
Las membranas de las crestas tienen una superficie de 1,5 a 2 veces mayor que la membrana interna limitante (IBM).[10]
En los cardiomiocitos, el área de superficie de la membrana interna es más de 10 veces mayor que la de la membrana externa.[11]
Los pliegues de la membrana se mantienen en su lugar mediante estructuras llamadas "unión de cresta" (CJ).
La "unión de cresta", también pueden ayudar a restringir las proteínas a zonas específicas de la membrana interna.[12]
Crestas
Las crestas no son simples pliegues aleatorios en la membrana interna, sino compartimientos internos formados por invaginación de la membrana.
Las nano-maquinarias de proteínas denominadas (MICOS) Mitochondrial Contact Site y "Cristae organizing system" actúan como andamiajes proteico-lipídicos que son adaptables y que controlan la biogénesis de la MIM y su remodelación dinámica.
En condiciones fisiológicas, la OMM y la IMM trabajan juntas, sufriendo continuamente fusión y fisión.
Las "cristae" son compartimentos de forma diversa, una mezcla de estructuras tubulares y de cisternas más grandes, generalmente lamelares.
Están conectadas a la región límite de la membrana interna en "uniones" circulares o similares a ranuras, con un diámetro interior superior a 10 nm.[7]
Las "uniones de crestas" (CJ) son rampas a lo largo de las cuales las proteínas de membrana se difunden entre el dominio periférico y el interior de las crestas, es decir desde donde la proteínas se importan del citosol, hasta donde se ensamblan los complejos respiratorios y los supercomplejos.[11]
Las crestas se conectan a la IBM en cuellos o "uniones de crestas" (CJ). Estas son comunes las mitocondrias del hígado, también son múltiples aberturas de CJ por cresta en mitocondrias musculares y neuronales.[13](2025}
El plegamiento de la membrana interna es un proceso altamente regulado, que crea compartimentos especializados crestas ("cristae") ajustadas para optimizar la función.
La internalización de la membrana interna también presenta complicaciones en cuanto a la generación de los pliegues y el mantenimiento de la integridad de la mitocondria.
Las crestas varían en forma, pero casi invariablemente están conectadas a la periferia de la membrana interna (opuesta a la membrana externa) por uniones de crestas.[11]
El modelo estándar de "baffle" para la estructura de las crestas, cuestionado hace años, ha demostrado ser inexacto. Dependiendo de la fuente y el estado de conformación, las crestas pueden variar desde estructuras tubulares simples hasta estructuras lamelares más complejas que se fusionan con la membrana límite interna a través de estructuras tubulares de 28 nm de diámetro.[14](2000)
transportadores de metabolitos e iones. (Mannella,2013) [7]
Fisiología
Una membrana transductora de energía, plegada dentro de otra membrana de barrera es universal, el número, tamaño y forma de sus pliegues (crestas) varían enormemente. Cuanto mayores sean los requerimientos de energía de una célula, mayor será el área de superficie de la membrana interna que contenga.
Las crestas son microcompartimentos especializados, diseñados por la célula para optimizar la función bioenergética. [11]
Traslado de proteínas
La mayoría de las proteínas son dirigidas a las mitocondrias por secuencias amino-terminales de 20 a 35 aminoácidos (llamadas pre-secuencias ) que se eliminan por escisión proteolítica después de su importación al orgánulo. Las pre-secuencias de las proteínas mitocondriales, fueron caracterizadas por primera vez por Gottfried Schatz. Descubrimientos revolucionarios fueron la identificación de pre-secuencias amino-terminales como señales de importación mitocondrial y el hallazgo de que las proteínas precursoras atraviesan las membranas mitocondriales externa e interna sin plegarse.[15] [16]
La membrana mitocondrial externa OMM contiene porinas, que son proteínas que forman poros no específicos que permiten la entrada por libre difusión de moléculas mayores a 5 kD.
A través de la membrana interna IMM únicamente son permeables CO2, O2 y H2O,
para permitir el paso de metabolitos como el ATP, ADP, piruvato, Ca2+ y fosfato hay proteínas que controlan este transporte. Esta impermeabilidad controlada permite la generación de gradientes iónicos y da como resultado la compartimentalización de funciones metabólicas entre el citoplasma y la mitocondria.
Aproximadamente el 99 % de las proteínas mitocondriales están codificadas por genes nucleares, por lo que su biogénesis depende en gran medida de las vías de importación de proteínas al orgánulo.[20]
