Cresta mitocondrial

Las crestas mitocondriales son los repliegues internos de la membrana interna de una mitocondria, que definen en cierta manera compartimentos dentro de la matriz mitocondrial. Las mismas contienen incrustadas numerosas proteínas, incluida la ATP sintasa y diversas variedades de citocromos. Este arreglo geométrico asegura una gran superficie disponible para que se produzcan reacciones químicas dentro de la mitocondria. Ello posibilita que tenga lugar la respiración celular (respiración aeróbica dado que la mitocondria necesita oxígeno).

La membrana interna de una mitocondria no es, en realidad, una estructura homogénea. Existen, al menos, dos tipos diferentes de estructura de la membrana interna en la misma mitocondria: la membrana interna límite (IBM, por sus siglas en inglés, “Inner Boundary Membrane”), que se dispone más o menos paralela a la membrana mitocondrial externa, y la membrana que forma las crestas mitocondriales, dispuesta en invaginaciones que se alejan de la membrana mitocondrial externa, internándose hacia la matriz mitocondrial. Ambas regiones de la membrana mitocondrial interna, IBM y las crestas mitocondriales, tienen componentes lipídicos, proteicos y funciones, diferenciados.

La región en la que se unen ambas estructuras de la membrana interna mitocondrial se conoce como hendidura o unión de la cresta (CJ), crista junction, en inglés. En esta región de la membrana se localizan proteínas específicas y forman una especie de cuello de botella o poro que resulta crítico para la selección de las moléculas o iones que pasan hacia el interior de la cresta mitocondrial desde el espacio intermembrana y viceversa.

Cada cresta mitocondrial actúa como una unidad relativamente autónoma, desde el punto de vista electroquímico^[1]​. Así, el potencial de membrana no es homogéneo a lo largo de toda la membrana interna mitocondrial^[2]​.

Para la formación de una cresta mitocondrial se requieren varios pasos, entre los que podemos destacar^[3]​:

• La formación de dímeros de ATP sintasa, que se localizará en la punta y en el borde de la cresta.
• La inclusión de cardiolipina asociada a la ATP sintasa y a la base de la cresta (“junction”).
• La formación del complejo de proteínas conocido como MICOS (“Mitocondrial Contact site Organizing System”).
• La remodelación de la membrana interna mitocondrial por la GTPasa Mgm1/OPA1, proteína relacionada con la dinamina.La estructura de la membrana interna mitocondrial, y especialmente la de las crestas mitocondriales, no es estática. Por el contrario, se produce una remodelación de las crestas dependiendo de la intensidad de la actividad mitocondrial. Cuando la mitocondria es más activa en la producción de energía aumenta también el volumen contenido en las mitocondrias. Esto se conoce de antiguo^[4]​ y pone de manifiesto la respuesta de las mitocondrias a las condiciones del entorno^[5]​.

Los fallos en la remodelación de las crestas mitocondriales conducen a diversas patologías, como ciertos tipos de atrofia óptica^[6]​^[7]​.

Una de las funciones características de las crestas mitocondriales es la fosforilación oxidativa, de manera que las proteínas que forman la cadena respiratoria se encuentran preferentemente en las zonas aplanadas de la membrana de las crestas y la ATP sintasa se encuentran preferentemente en los extremos y bordes más curvados  de estas crestas. La ATP sintasa forma dímeros que facilitan la curvatura de la membrana^[8]​^[9]​.

La disposición de la base de las crestas (CJ), que supone un estrechamiento a modo de cuello de botella, y las proteínas que contiene, impiden la libre difusión de moléculas y de iones entre la cresta mitocondrial y el espacio intermembrana fuera de las crestas. Esto permite que el potencial de membrana y el gradiente de pH sean mayores en la membrana de las crestas que en el resto de la membrana interna mitocondrial, y facilita la síntesis de ATP.

La formación de las crestas mitocondriales implica la curvatura de la membrana interna mitocondrial en zonas específicas, tanto en la base (CJ) como en el extremo y en los bordes. En esta curvatura participan proteínas (como la ATP sintasa) y lípidos (como la cardiolipina y la fosfatidiletanolamina).

La cardiolipina, lípido característico de la membrana mitocondrial interna (y de bacterias), facilita la curvatura de la membrana interna mitocondrial, tanto en la punta de la cresta, donde se encuentra la ATP sintasa, como en su base (“junction”)^[10]​.

1. ↑ Liesa, Marc (2020). «Why does a mitochondrion need its individual cristae to be functionally autonomous?». Mol Cell Oncol. PMID 32158918. doi:10.1080/23723556.2019.1705119. Consultado el 28 de marzo de 2023. 
2. ↑ Wolf, Dane M.; Segawa, Mayuko; Kondadi, Arun Kumar; Anand, Ruchika; Bailey, Sean T.; Reichert, Andreas S.; van der Bliek, Alexander M; Shackelford, David B et al. (2019). «Individual cristae within the same mitochondrion display different membrane potentials and are functionally independent». EMBO J. PMID 31609012. doi:10.15252/embj.2018101056. Consultado el 28 de marzo de 2023.  Se sugiere usar |número-autores= (ayuda)
3. ↑ Klecker, Till; Westermann, Benedikt (2021). «Pathways shaping the mitochondrial inner membrane». Open Biol. PMID 34847778. doi:10.1098/rsob.210238. Consultado el 28 de marzo de 2023. 
4. ↑ Hackenbrock, Charles R. (1966). «Ultrastructural bases for metabolically linked mechanical activity in mitochondria». The Journal of Cell Biology. PMID 5656397. doi:10.1083/jcb.37.2.345. Consultado el 28 de marzo de 2023. 
5. ↑ Pérez-Hernández, C. Angélica; Moreno-Altamirano, M. Maximina Bertha; López-Villegas, Edgar O.; Butkeviciute, Egle; Ali, Mohammad; Kronsteiner, Barbara; Dunachie, Susanna J.; Dockrell, Hazel M. et al. (2022). «Mitochondrial Ultrastructure and Activity Are Differentially Regulated by Glycolysis-, Krebs Cycle-, and Microbiota-Derived Metabolites in Monocytes». Biology. PMID 36009759. doi:10.3390/biology11081132. Consultado el 28 de marzo de 2023.  Se sugiere usar |número-autores= (ayuda)
6. ↑ Gottschalk, Benjamin; Madreiter-Sokolowski, Corina T.; Graier, Wolfgang F. (2022). «Cristae junction as a fundamental switchboard for mitochondrial ion signaling and bioenergetics». Cell Calcium. doi:10.1016/j.ceca.2021.102517. Consultado el 28 de marzo de 2023. 
7. ↑ Mukherjee, Indrani; Ghosh, Mausumi; Meinecke, Michael (2021). «MICOS and the mitochondrial inner membrane morphology – when things get out of shape». FEBS Letters. doi:10.1002/1873-3468.14089. Consultado el 28 de marzo de 2023. 
8. ↑ Blum, Thorsten B.; Hahn, Alexander; Meier, Thomas; Davies, Karen M.; Kühlbrandt, Werner (2019). «Dimers of mitochondrial ATP synthase induce membrane curvature and self-assemble into rows». Proc Natl Acad Sci U S A. PMID 30760595. doi:10.1073/pnas.1816556116. Consultado el 28 de marzo de 2023. 
9. ↑ Busch, Karin B. (2020). «Inner mitochondrial membrane compartmentalization: Dynamics across scales». The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. doi:10.1016/j.biocel.2020.105694. Consultado el 28 de marzo de 2023. 
10. ↑ Jiang, Zhitong; Shen, Tao; Huynh, Helen; Fang, Xi; Han, Zhen; Ouyang, Kunfu (2022). «Cardiolipin Regulates Mitochondrial Ultrastructure and Function in Mammalian Cells». Genes. PMID 36292774. doi:10.3390/genes13101889. Consultado el 28 de marzo de 2023.