Investigadores españoles reformulan el funcionamiento de la mitocondria

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Un equipo de investigadores españoles, liderados por el doctor José Antonio Enríquez, del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), ha conseguido definir cómo las células generan energía a partir de los nutrientes que aportan la alimentación, lo que podría suponer una completa reformulación del funcionamiento de la mitocondria.

Investigadores españoles reformulan el funcionamiento de la mitocondria
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El hallazgo, publicado en la revista Science, podría modificar los libros de textos de Bioquímica, ya que supone una redefinición de cómo funciona la mitocondria, 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.

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 desmenuzar y 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”, señala Enríquez, quien recuerda que “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”, explica Enríquez. Sin embargo la descripción de las enfermedades mitocondriales cambió por completo esta percepción.

“Se constató que la formidable acumulación de conocimiento sobre este proceso resultaba insuficiente para entender las manifestaciones y síntomas de estas enfermedades. Los investigadores y médicos no podían anticipar por qué, dónde, cómo, cuándo y quién desarrollaría estas enfermedades, ni cuán severas podrían llegar a ser”, señalan desde el CNIC.

Este desconocimiento no ha permitido desarrollar tratamientos para las mismas y puso de manifiesto dos aspectos fundamentales: que el conocimiento de la función mitocondrial era mucho menor de lo que se creía, y que los modelos desarrollados para explicarla eran muy incompletos.

Por esta razón durante los últimos 10 años se han acumulado estudios orientados a entender mejor este proceso, como ha sido el caso de Enríquez, quien ha mostrado su satisfacción al dar ahora por correcto el modelo formulado en 2008 por su grupo. “Se redefine uno de los procesos fundamentales para la vida en todas las células”, subraya.

No obstante, el descubrimiento plantea dudas sobre cómo interpretar y trasladar a humanos las observaciones realizadas en la estirpe de ratón más utilizada en estudios genéticos de laboratorio.

Cómo se relacionan los complejos de la mitocondria

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.

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. Hasta hace poco se aceptaba que estos complejos ‘nadaban’ libres en la membrana interna de la mitocondria y no interaccionaban entre sí, sin embargo “no se mueven siempre de forma independiente en la membrana” -explica Enríquez- por el contrario, se asocian físicamente en combinaciones distintas denominadas supercomplejos respiratorios (SCI).

“Nuestro trabajo explica las consecuencias funcionales de estas interacciones” que, según se detalla en el artículo, 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.

“Lo que quiere decir es que 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”, añade 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.

El trabajo se ha desarrollado por investigadores del CNIC y la Universidad de Zaragoza y en él han colaborado los Hospitales Universitarios de La Princesa de Madrid y Miguel Servet de Zaragoza así como las universidades de Oviedo, Santiago de Compostela, y Pablo de Olavide de Sevilla.

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