Cada día, un adulto sano fabrica unos 50 kg de ATP, la molécula que proporciona energía a las células, según una revisión de 2015. La mayor parte sale de sus mitocondrias. Así funciona una mitocondria, esto cambia con la edad y esto ayuda a mantenerla según los estudios.
Lo esencial
- Una molécula de glucosa completamente oxidada gracias a las mitocondrias produce hasta 33 ATP, frente a 2 mediante la glucólisis sola (cálculo teórico de 2017).
- El ADN mitocondrial, de unos 16 600 pares de bases, contiene 37 genes y se transmite casi siempre por vía materna.
- Según un estudio de 2008, la producción de ATP de las mitocondrias musculares disminuye con la edad en las personas sedentarias, pero no en quienes practican deportes de resistencia.
- En un ensayo de 2017, 12 semanas de entrenamiento por intervalos aumentaron un 69 % la respiración mitocondrial muscular de 9 adultos de 65 a 80 años.
¿Qué es una mitocondria?
Una mitocondria es un orgánulo: un compartimento especializado de la célula, delimitado por dos membranas, que utiliza oxígeno para convertir la energía de los alimentos en ATP. Visible con un microscopio óptico, suele formar con sus vecinas una red de tubos que se dividen y fusionan constantemente.
La imagen de la «central energética de la célula» data de 1957. Una revisión de 2023 la considera demasiado simple y enumera decenas de funciones.
Dos membranas, crestas y una matriz
La membrana externa es porosa: unos canales dejan pasar iones y moléculas pequeñas. La membrana interna, impermeable, solo deja pasar lo que seleccionan sus transportadores; en ella se mantiene una diferencia eléctrica de unos 180 milivoltios. Se pliega formando crestas, donde se concentran la cadena respiratoria y la ATP sintasa. En el centro, la matriz, rica en proteínas, alberga el ADN mitocondrial y el ciclo de Krebs.
Un ADN propio, transmitido por la madre
La mitocondria posee su propio ADN: una molécula circular de unos 16 600 pares de bases, presente en varias copias. Sus 37 genes codifican 13 proteínas de la cadena respiratoria y de la ATP sintasa, y 24 ARN que sirven para fabricarlas. Este ADN se transmite por vía materna.
Las mutaciones de este ADN, o de genes del núcleo, causan enfermedades mitocondriales: enfermedades genéticas poco frecuentes, con síntomas variados, que requieren seguimiento médico especializado.
Una antigua bacteria convertida en orgánulo
La mitocondria desciende de una bacteria emparentada con las alfaproteobacterias, absorbida por otra célula hace unos 1,6 mil millones de años: es la teoría de la endosimbiosis. Conserva vestigios de ello, como sus propios ribosomas y complejos respiratorios muy similares a los de las bacterias.
¿Cuántas mitocondrias hay en una célula?
Depende del tejido. Como las mitocondrias suelen formar una red, se mide más bien el número de copias de ADN mitocondrial (varias por mitocondria): generalmente de 100 a 5 000 por célula, según una revisión de 2023. Una célula del músculo cardíaco contiene de media más de 6 000, y un glóbulo blanco unas 350.
¿Cómo produce ATP la mitocondria?
Hace pasar hasta el oxígeno los electrones extraídos de los nutrientes (glucosa, ácidos grasos y algunos aminoácidos) y utiliza la energía liberada para fabricar ATP. Estas son las etapas para la glucosa.
| Etapa | Dónde | Qué ocurre | Moléculas clave |
|---|---|---|---|
| Glucólisis | Citoplasma | La glucosa se divide en dos piruvatos; ganancia de 2 ATP | Glucosa, piruvato, NADH |
| Ciclo de Krebs | Matriz | El piruvato, transformado en acetil-CoA, se oxida a CO2 | Acetil-CoA, NADH, FADH2 |
| Cadena respiratoria | Crestas de la membrana interna | Los electrones llegan hasta el oxígeno; se bombean protones | Complejos I a IV, coenzima Q10, citocromo c |
| ATP sintasa | Crestas de la membrana interna | El retorno de los protones hace girar el motor que fabrica ATP | ADP, fosfato, ATP |
El complejo I recibe los electrones del NADH; el complejo II, los del succinato, un intermediario del ciclo de Krebs. La coenzima Q10 los conduce al complejo III, y después el citocromo c al complejo IV, que los cede al oxígeno para formar agua. Consulte también la diferencia entre NAD+ y NADH.
Los complejos I, III y IV bombean protones fuera de la matriz. Al volver a través de la ATP sintasa, hacen girar un anillo de 8 subunidades, rotor de un motor que ensambla ATP. En total, la oxidación completa de una glucosa produce como máximo 33,45 ATP, según un cálculo de 2017.
Radicales libres, calcio y calor: las otras funciones de las mitocondrias
Durante su circulación, algunos electrones se escapan y reaccionan con el oxígeno: se forman especies reactivas del oxígeno, sobre todo en los complejos I y III. Durante mucho tiempo se consideraron simples residuos, pero también sirven como señales. En un ensayo en humanos, los antioxidantes a dosis altas llegaron a anular algunos beneficios del entrenamiento (consulte el estrés oxidativo y los antioxidantes).
Las mitocondrias también captan y liberan calcio, desencadenan la muerte celular programada al liberar citocromo c y producen calor cuando una proteína como UCP1 desacopla la respiración de la fabricación de ATP. En las glándulas suprarrenales y las gónadas aseguran la primera etapa de la síntesis de hormonas esteroideas a partir del colesterol.
¿Cómo mantiene la célula sus mitocondrias?
Mediante un control de calidad permanente. Las mitocondrias se fusionan y dividen sin cesar, lo que permitiría aislar una parte dañada. Cuando una de ellas pierde su potencial eléctrico, la proteína PINK1 se acumula en su superficie y recluta a Parkin, que la marca para su destrucción: es la mitofagia. A la inversa, la biogénesis, coordinada por la proteína PGC-1α, multiplica las mitocondrias existentes.
¿Qué cambian los años en las mitocondrias?
Su capacidad para producir ATP disminuye, pero la inactividad contribuye claramente a ello. Un estudio de 2008 comparó 42 adultos jóvenes (de 18 a 30 años) o mayores (de 59 a 76 años), sedentarios o entrenados en resistencia. Entre los sedentarios, las mitocondrias musculares de los mayores producían menos ATP. Entre los deportistas, la diferencia relacionada con la edad no era significativa, aunque los mayores seguían teniendo menos ADN mitocondrial.
No todos los tejidos envejecen de la misma manera. En un estudio de 2016 con 152 personas autopsiadas, de entre 3 días y 96 años, las copias de ADN mitocondrial disminuían con la edad en el músculo, sobre todo en los hombres, pero aumentaban en el hígado.
Las mutaciones del ADN mitocondrial también se acumulan con la edad. En animales, la mitofagia se ralentiza en una zona del cerebro y el NAD+, transportador de electrones hacia la cadena respiratoria, disminuye en varios tejidos. En humanos, este descenso depende del tejido (consulte el NAD+ y su evolución con la edad).
La teoría mitocondrial del envejecimiento, con matices
Según la teoría de los radicales libres, propuesta en 1956, los daños causados por los oxidantes harían envejecer al organismo; las mitocondrias, que los producen, quedaron en el centro de esta idea. En animales, neutralizar estos oxidantes alargó la vida en algunos modelos, pero no en otros, y una mayor cantidad de oxidantes a veces la prolongó.
Los ratones «mutadores», cuyo ADN mitocondrial acumula errores, envejecen prematuramente. Pero sus mutaciones difieren, por su tipo y número, de las del envejecimiento normal: el papel de las mutaciones en el envejecimiento sigue siendo objeto de debate.
Cómo mantener las mitocondrias: ¿qué muestran los estudios?
La actividad física es la medida mejor demostrada en humanos, a cualquier edad: estimula la biogénesis mitocondrial.
Resistencia y entrenamiento por intervalos
En un ensayo de 2003, 65 adultos de 21 a 87 años siguieron 16 semanas de entrenamiento de resistencia, frente a 37 controles. La actividad de dos enzimas mitocondriales musculares aumentó entre el 45 y el 76 %, con independencia de la edad.
En 2017, un ensayo distribuyó al azar a adultos de 18 a 30 años y de 65 a 80 años entre tres programas de 12 semanas. El entrenamiento por intervalos combinaba tres sesiones de bicicleta por semana (4 veces 4 minutos a más del 90 % del consumo máximo de oxígeno) y dos de caminata. Aumentó la respiración máxima de las mitocondrias musculares un 69 % en los 9 participantes mayores y un 49 % en los 14 jóvenes. El programa de bicicleta moderada y entrenamiento de fuerza solo tuvo un efecto significativo en los jóvenes (+38 %), y el entrenamiento de fuerza solo no lo tuvo en ningún grupo.
El entrenamiento también aumenta la NAMPT muscular, la enzima clave del reciclaje del NAD+: consulte las medidas estudiadas para aumentar el NAD+.
Sueño y alimentación
La falta de sueño podría afectar a las mitocondrias. En un pequeño ensayo de 2021 (24 hombres jóvenes, tres grupos de 8), cinco noches de 4 horas en la cama redujeron la tolerancia a la glucosa respecto al grupo que dormía 8 horas. La respiración mitocondrial muscular también disminuyó aproximadamente un 18 %, pero sin una diferencia significativa con ese grupo. Estos descensos no se observaron en el grupo que añadió tres sesiones de entrenamiento por intervalos.
En la alimentación, un ensayo de 2007 probó 6 meses de restricción calórica en 36 adultos con sobrepeso. Comer un 25 % menos de calorías aumentó un 35 % la cantidad de ADN mitocondrial muscular (+21 % con restricción y ejercicio, +2 % en los controles), sin cambiar la actividad de las enzimas mitocondriales. Una restricción de este tipo no se improvisa: pida consejo a un profesional sanitario.
Vitaminas, minerales y complementos: ¿qué se puede afirmar?
Quince vitaminas y minerales cuentan con una declaración autorizada sobre el metabolismo energético: ácido pantoténico, biotina, calcio, cobre, hierro, yodo, magnesio, manganeso, niacina, fósforo, riboflavina, tiamina y vitaminas B6, B12 y C. El producto debe ser al menos una «fuente» de ellos en el sentido de la normativa.
Varios actúan en la mitocondria. La riboflavina (B2) sirve a las enzimas con flavina de la cadena respiratoria; la niacina (B3), para fabricar NADH; y el ácido pantoténico (B5), para formar coenzima A. La tiamina (B1) es indispensable para complejos enzimáticos del ciclo de Krebs, y el hierro forma parte de los ocho centros hierro-azufre del complejo I.
Formulaciones exactas: «La riboflavina contribuye al metabolismo energético normal», «La niacina contribuye al metabolismo energético normal» y «El magnesio contribuye al metabolismo energético normal». Consulte nuestros artículos sobre la vitamina B3 y sobre las formas de magnesio. La coenzima Q10, la L-carnitina y el ácido alfa-lipoico, por su parte, no tienen ninguna declaración de propiedades saludables autorizada.
Los precursores del NAD+ siguen siendo un tema de investigación. En un ensayo de 2020 con 40 hombres obesos y con resistencia a la insulina, 2 g al día de nicotinamida ribósido durante 12 semanas, comparados con placebo, no modificaron ni el NAD+ muscular ni sus mitocondrias (respiración, cantidad y forma). Los demás ensayos se presentan en nuestra comparativa NMN o NR.
Preguntas frecuentes
¿La mitocondria tiene núcleo?
No. Su ADN está compactado en pequeños paquetes, los nucleoides, que suelen contener una sola copia del genoma mitocondrial.
¿Por qué se dice que la mitocondria es semiautónoma?
Porque tiene su propio ADN, pero solo fabrica una parte ínfima de sus proteínas. A lo largo de la evolución ha transferido hasta el 99 % de sus genes al núcleo: la mayoría de sus proteínas se produce en el citoplasma y después se importa.
¿Todas nuestras células tienen mitocondrias?
Casi todas. Los glóbulos rojos son una excepción: al madurar pierden su núcleo y eliminan sus mitocondrias mediante mitofagia, gracias a una proteína llamada NIX.
¿El ADN mitocondrial procede siempre de la madre?
Casi siempre. En 2002 se describió un caso de origen paterno en el músculo de un paciente con miopatía, pero no en los demás pacientes estudiados después: esta transmisión sigue siendo excepcional y objeto de debate.
¿Se puede medir el estado de las mitocondrias?
No de forma sencilla. Los ensayos citados aquí analizan mitocondrias obtenidas mediante biopsia muscular. El número de copias de ADN mitocondrial, que a veces se mide en la sangre, varía de un tejido a otro, a menudo sin relación dentro de una misma persona: por tanto, no informa necesariamente sobre los demás tejidos.
¿Una fatiga persistente puede deberse a una enfermedad mitocondrial?
Es posible, pero poco probable: estas enfermedades genéticas son raras. Una fatiga que dura tiene muchas otras causas: si persiste más de unas semanas, consulte a un médico.
Conclusión
La mitocondria es mucho más que una central energética: fabrica la mayor parte del ATP, pero también regula el calcio, la muerte celular, el calor y algunas hormonas. Con la edad, su capacidad disminuye, en parte por la inactividad. La resistencia y el entrenamiento por intervalos siguen siendo las medidas mejor demostradas, también después de los 65 años.
Fuentes
- Kühlbrandt W (2015). Structure and function of mitochondrial membrane protein complexes. BMC Biology, 13, 89. doi:10.1186/s12915-015-0201-x
- Taylor RW, Turnbull DM (2005). Mitochondrial DNA mutations in human disease. Nature Reviews Genetics, 6(5), 389-402. doi:10.1038/nrg1606
- Monzel AS, Enríquez JA, Picard M (2023). Multifaceted mitochondria: moving mitochondrial science beyond function and dysfunction. Nature Metabolism, 5(4), 546-562. doi:10.1038/s42255-023-00783-1
- Wachsmuth M et al. (2016). Age-related and heteroplasmy-related variation in human mtDNA copy number. PLoS Genetics, 12(3), e1005939. doi:10.1371/journal.pgen.1005939
- Mookerjee SA et al. (2017). Quantifying intracellular rates of glycolytic and oxidative ATP production and consumption using extracellular flux measurements. Journal of Biological Chemistry, 292(17), 7189-7207. doi:10.1074/jbc.M116.774471
- Sun N, Youle RJ, Finkel T (2016). The mitochondrial basis of aging. Molecular Cell, 61(5), 654-666. doi:10.1016/j.molcel.2016.01.028
- Lanza IR et al. (2008). Endurance exercise as a countermeasure for aging. Diabetes, 57(11), 2933-2942. doi:10.2337/db08-0349
- Short KR et al. (2003). Impact of aerobic exercise training on age-related changes in insulin sensitivity and muscle oxidative capacity. Diabetes, 52(8), 1888-1896. doi:10.2337/diabetes.52.8.1888
- Robinson MM et al. (2017). Enhanced protein translation underlies improved metabolic and physical adaptations to different exercise training modes in young and old humans. Cell Metabolism, 25(3), 581-592. doi:10.1016/j.cmet.2017.02.009
- Saner NJ et al. (2021). Exercise mitigates sleep-loss-induced changes in glucose tolerance, mitochondrial function, sarcoplasmic protein synthesis, and diurnal rhythms. Molecular Metabolism, 43, 101110. doi:10.1016/j.molmet.2020.101110
- Civitarese AE et al. (2007). Calorie restriction increases muscle mitochondrial biogenesis in healthy humans. PLoS Medicine, 4(3), e76. doi:10.1371/journal.pmed.0040076
- Depeint F et al. (2006). Mitochondrial function and toxicity: role of the B vitamin family on mitochondrial energy metabolism. Chemico-Biological Interactions, 163(1-2), 94-112. doi:10.1016/j.cbi.2006.04.014
- Dollerup OL et al. (2020). Nicotinamide riboside does not alter mitochondrial respiration, content or morphology in skeletal muscle from obese and insulin-resistant men. The Journal of Physiology, 598(4), 731-754. doi:10.1113/JP278752
- Reglamento (UE) n.º 432/2012 de la Comisión, del 16 de mayo de 2012, por el que se establece una lista de declaraciones autorizadas de propiedades saludables de los alimentos distintas de las relativas a la reducción del riesgo de enfermedad y al desarrollo y la salud de los niños. Diario Oficial de la Unión Europea, L 136, 1-40 (versión consolidada del 19 de agosto de 2024). eur-lex.europa.eu
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