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.
Membranas mitocondriales. La membrana mitocondrial interna (en azul) incluye las crestas mitocondriales y la membrana interna límite (IBM). Ambas regiones se diferencian por las proteínas que contienen (en cierta medida también por los lípidos que contienen) y por las funciones que realizan.
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].
Cresta mitocondrial. Las proteínas se localizan de manera especializada, según su función. También facilitan los puntos de contacto entre la membrana interna y la externa (mediante proteínas). ME: membrana externa. MI: membrana interna. CJ: unión o hendidura de la cresta. I-V: complejos proteicos de la fosforilación oxidativa.
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].