Este tipo de orgánulo de doble membrana existe en casi todas las células eucariotas. Los glóbulos rojos de los mamíferos son una de las pocas excepciones. Aproximadamente el 95% de la energía en las actividades de la vida es proporcionada por la respiración aeróbica de las mitocondrias, por lo tanto, son llamadas "centrales eléctricas" de la célula. Su propio genoma y ribosomas solo pueden producir una pequeña cantidad de proteína, pero la mayoría de las proteínas todavía son codificadas por el núcleo de la célula. Por lo tanto, las mitocondrias son un orgánulo semiautónomo.
Descubrimiento de las mitocondrias y su metabolismo energético.
La investigación de los científicos comenzó en 1850. El biólogo alemán Albert von Kölliker primero descubrió gránulos dispuestos regularmente en las células musculares, los cuales se hinchaban en agua dulce y se encogían en solución salina. Especuló que una membrana semipermeable envolvía estos gránulos. Estructuras similares también se encontraron en otros tejidos. Después de medio siglo de caótica nomenclatura, Carl Benda creó el término "mitocondria" en 1898, y fue rápidamente aceptado por todos. Su significado es "gránulo en forma de hilo".
En 1900, Leonor Michaelis inventó el Verde de Janus para teñir células hepáticas. Encontró que las mitocondrias verdes se desvanecían durante la respiración activa. Esto indicó que ciertas reacciones redox ocurrían, ya que este tinte cambia de color durante tales reacciones. Aunque el ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) fue descubierto en las células hepáticas en la década de 1930, no fue hasta mediados del siglo XX que el metabolismo energético y las mitocondrias fueron realmente conectados.
Usando técnicas de centrifugación diferencial y una solución de sacarosa, Hogeboom, Schneider y Palade pudieron aislar mitocondrias mientras mantenían su estructura y función en 1948. Las mitocondrias fueron luego comprobadas por investigadores posteriores como el sitio del ciclo de Krebs y del transporte de electrones gracias a este avance tecnológico. La hipótesis quimiosmótica fue propuesta por Peter Mitchell en 1961. Cuando los electrones pasan de una proteína portadora a otra en la cadena de transporte de electrones, los protones son bombeados desde la matriz hacia el espacio intermembrana para mantener un gradiente de protones transmembrana y una diferencia de potencial eléctrico. Finalmente, los protones fluyen de regreso a la matriz para producir ATP a través de la ATP sintasa ubicada en la membrana interna. Este proceso es muy similar a una turbina que es impulsada por el flujo de agua en una presa.
El número, forma y distribución de las mitocondrias reflejan la tasa metabólica.
En los protistas inferiores, como las algas rojas, hay solo una, pero las células de los animales superiores poseen varios cientos a miles de mitocondrias cuyo número excede en gran medida a las plantas, porque las plantas no necesitan consumir grandes cantidades de energía para moverse y responder rápidamente al ambiente. Incluso en el mismo organismo, su número varía significativamente. Las células con metabolismo activo tienen más mitocondrias, y son muy pocas en células inactivas, como los linfocitos no activados. El número en las células hepáticas incluso alcanza alrededor de 1,000.
Su distribución es desigual en el citoplasma. En general, tienden a agruparse en áreas que demandan energía y forman una estructura en forma de red. Cerca del aparato de Golgi, el retículo endoplásmico rugoso y el núcleo, hay muchas mitocondrias proporcionando energía para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos. Los axones y dendritas de las neuronas también son ricos en mitocondrias para proporcionar energía a los neurotransmisores y las bombas de iones. Las fibras musculares a menudo están rodeadas por ellas en las células musculares.
Los gránulos y las varillas cortas son sus formas comunes. Su diámetro está entre 0.5μm y 1μm, y su longitud varía de 1μm a 3μm. Se alcanza una longitud muy grande en algunas células metabólicamente activas, a veces abarcando toda la célula. En las neuronas y fibroblastos, la longitud puede superar los 10μm a veces. Cuando los linfocitos B son activados para producir anticuerpos para resistir invasiones, el número de mitocondrias aumenta drásticamente.