Investigadores españoles reformulan el funcionamiento de la central energética celular

Un equipo de investigadores españoles liderado por José Antonio Enríquez, del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), publica hoy en Science un hallazgo que supone una completa reformulación del funcionamiento de la mitocondria y explica cómo las células generan energía a partir de los nutrientes.

El descubrimiento supone la confirmación de una propuesta realizada en 2008 por los mismos investigadores, consecuencia de observaciones que no podían ser explicadas por el modelo que hasta entonces describía como funcionaba la mitocondria.

La mitocondria es una parte del interior de las células que, entre otras tareas, se encarga de extraer y convertir la energía de los alimentos en formas utilizables por las células para sus propios procesos vitales.

La mitocondria es una parte del interior de las células que se encarga de extraer y convertir la energía de los alimentos

Para los autores, este trabajo hará modificar, con toda seguridad, los libros de texto de bioquímica.

Desgranando los alimentos

El consumo, digestión y asimilación de alimentos en el cuerpo tiene por objeto final alimentar a todas y cada una de las células que lo constituyen.

En todo este proceso, que ocurre en el exterior de las células, se consume energía, pero es necesario para romper los componentes de los alimentos en compuestos sencillos, como la glucosa de los azúcares, los aminoácidos de las proteínas y los ácidos grasos de las grasas. Estos componentes desmenuzados pueden entrar en las células y ser procesados en sus mitocondrias para generar energía.

“Entender cómo ocurre la generación de energía en las células es fundamental para entender la vida y, durante gran parte del siglo pasado, fue el objeto de estudio de la bioquímica”, explica José Antonio Enríquez, autor principal de la investigación.

“A finales de los 70 y principios de los 80 se consideró que el misterio de cómo la mitocondria realizaba esta tarea estaba resuelto y en los 90 se obtuvo un increíble detalle de las estructuras moleculares que lo realizaban. Se consideraba el proceso mejor conocido y mejor entendido de cuantos sucedían en la célula”, continúa.

Diez años de estudios

Sin embargo, la descripción de las enfermedades mitocondriales cambió por completo esta percepción. Se constató que el conocimiento sobre este proceso resultaba insuficiente para entender sus síntomas; los expertos no podían anticipar por qué, dónde, cómo, cuándo y quién desarrollaría estos trastornos, ni cuán severos podrían llegar a ser.

Por esta razón, durante los últimos diez años se han acumulado estudios orientados a entender mejor este proceso. Enríquez añade que el trabajo actual supone que el modelo formulado en 2008 por su grupo es correcto. “Se redefine uno de los procesos fundamentales para la vida en todas las células”, subraya.

La ruptura de las moléculas de alimento se almacena en la célula en forma de electrones de alta energía, pero en dos tipos de molécula: las N o las F, cuya proporción varía según el tipo de alimento. Estas moléculas no pueden liberar energía de forma fácil y universal para desarrollar los procesos necesarios para la supervivencia, mantenimiento, crecimiento y división celulares ni para su coordinación.

La ruptura de las moléculas de alimento se almacena en la célula en forma de electrones de alta energía

Es ahí donde entra en juego la mitocondria que, a través de cinco máquinas moleculares, los complejos I, II, III, IV y V, convierte la energía en una molécula utilizable universalmente, llamada ATP.

Las virtudes del ATP

Hasta hace muy poco se aceptaba que estos complejos ‘nadaban’ libres en la membrana interna de la mitocondria y no interaccionaban entre sí, algo que se ha demostrado incorrecto en el trabajo realizado en el CNIC.

“Los cinco complejos no se mueven siempre de forma independiente en la membrana”, afirma Enríquez. “Por el contrario, se asocian físicamente en combinaciones distintas denominadas supercomplejos respiratorios (SCI). Nuestro trabajo explica las consecuencias funcionales de estas interacciones”.

Según se detalla en el artículo, estas asociaciones son dinámicas y se modifican para optimizar la extracción de energía de las moléculas F y N dependiendo de su abundancia, es decir, dependiendo de los alimentos que se hayan consumido.

“El sistema para optimizar la extracción de energía de los alimentos es mucho más versátil de lo que se creía y puede modularse de formas inesperadas para ajustar a la composición de los alimentos de la dieta o especializarse para funciones específicas en tipos celulares concretos”, subraya Enríquez.

Por último, los investigadores detallan que, fruto de su estudio, se ha llevado a cabo un ‘descubrimiento inesperado’. Así, la estirpe de ratón más utilizada en estudios genéticos de laboratorio tiene el mecanismo de generación de supercomplejos respiratorios dañado, por lo que se han planteado dudas de cómo interpretar y trasladar a los humanos las observaciones realizadas en estos modelos de ratón.

Referencia bibliográfica:

Esther Lapuente-Brun, Raquel Moreno-Loshuertos, Rebeca Acín-Pérez, Ana Latorre-Pellicer, Carmen Colás, Eduardo Balsa, Ester Perales-Clemente, Pedro M. Quirós, Enrique Calvo, M. A. Rodríguez-Hernández, Plácido Navas, Raquel Cruz, Ángel Carracedo, Carlos López-Otín, Acisclo Pérez-Martos, Patricio Fernández-Silva, Erika Fernández-Vizarra, José Antonio Enríquez. “Supercomplex Assembly Determines Electron Flux in the Mitochondrial Electron Transport Chain”. Science vol 340; 28 de junio de 2013. 10.1126/science.1230381

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