Las mitocondrias son más que el motor de la célula

El alcance del conocimiento que el estadounidense promedio tiene sobre las mitocondrias se basa en ese omnipresente dicho de la clase de biología de la escuela secundaria: las mitocondrias son el motor de la célula. Pero no todo el mundo sabe hasta qué punto esto es cierto, ni los muchos y fascinantes secretos biológicos que se esconden en estos diminutos orgánulos.

Muchas reacciones importantes en la célula necesitan explotar la energía almacenada en los enlaces de una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP), que contiene tres grupos químicos llamados fosfatos. El ATP es la moneda energética de la célula; de hecho, la vida tal como la conocemos no puede existir sin la descomposición del ATP. El ATP impulsa las reacciones cuando pierde uno de sus grupos fosfato, formando adenosina. difosfato (ADP). Ese tercer fosfato tiene que combinarse nuevamente con el ADP para que el ATP pueda usarse nuevamente, y ese es el propósito principal de las mitocondrias.

Las mitocondrias se ganan su apodo de potencia porque son en realidad eficiente para producir ATP. La eficiencia se refiere a la porción de la energía almacenada de un combustible que utiliza un sistema, mientras que el resto se pierde en forma de calor. Diferentes sistemas utilizan diferentes fuentes de combustible; por ejemplo, la mayoría de los motores de los automóviles utilizan gasolina, mientras que las mitocondrias dependen de alimentos como azúcares y grasas. Las mitocondrias rompen los enlaces de las moléculas de azúcar y grasa para liberar energía. Luego utilizan esta energía para impulsar una serie de reacciones que vuelven a unir el tercer grupo fosfato al ADP, regenerando el ATP como fuente de energía que la célula puede utilizar. La mayoría de los motores de los automóviles tienen entre un 20 y un 30% de eficiencia a la hora de extraer energía de la gasolina para mover el coche, mientras que las mitocondrias utilizan alrededor del 40% de la energía de las moléculas de combustible-alimento para producir ATP. El 60% perdido en forma de calor puede parecer un desperdicio enorme, pero esto es lo que calienta nuestros cuerpos, por lo que incluso la energía «desperdiciada» tiene un propósito.

Las células con mitocondrias obtienen una ventaja increíblemente fuerte. Con tal abundancia de energía utilizable, las células pueden producir más proteínas, crecer, moverse más y comunicarse entre sí. Algunos biólogos evolutivos teorizan que las mitocondrias son la razón por la que las células pudieron comenzar a organizarse en organismos multicelulares, como usted y yo.

Según la teoría endosimbiótica de la vida, hubo un tiempo hace millones de años en el que los eucariotas primitivos (células que contienen un compartimento para el ADN llamado núcleo) aún no habían adquirido mitocondrias. Al final, algunos eucariotas probablemente intentaron comer bacterias similares a las mitocondrias, no lograron digerirlas y terminaron con nuevos compartimentos mitocondriales. El eucariota se beneficia de la inmensa cantidad de energía ATP producida por las mitocondrias, y las mitocondrias disfrutan de acceso a nutrientes y refugio de sus huéspedes.

Algunas características intrigantes de las mitocondrias sirven como pilares de la teoría endosimbiótica. En primer lugar, las mitocondrias son los únicos compartimentos de las células animales que tienen su propio ADN (llamado ADNmt). Varios genes del ADNmt sirven como modelo para las proteínas de las mitocondrias que son necesarias para la generación de ATP. En los humanos, el ADN del núcleo proviene de ambos padres, mientras que el ADNmt se transmite únicamente de las mitocondrias empaquetadas en el óvulo. Los organismos unicelulares, como las bacterias, heredan de manera similar todos sus genes de un solo padre durante la replicación, lo que respalda la idea de que las mitocondrias se originaron a partir de bacterias.

Otra prueba de la teoría endosimótica es la presencia de membranas dobles alrededor de las mitocondrias. Imagine la célula como un globo de agua mágico que puede pellizcar partes de su látex exterior sin explotar. Imagínese presionando suavemente el dedo índice y el pulgar dentro del globo y luego pellizcando el bolsillo que hizo para que otro globo pequeño ahora flote dentro del agua del primero. Otros compartimentos celulares se han formado de esta manera: tienen una sola membrana, lo que sugiere que la membrana celular se plegó sobre sí misma para formar pequeñas bolsas. Ahora imagina que a medida que te acercas a la burbuja de agua, presionas otra pequeña burbuja de agua contra su superficie y pellizcas un bolsillo para que la burbuja pequeña quede completamente recubierta de látex por la burbuja grande. A diferencia de la primera mini burbuja que flota en el agua, ésta tiene dos capas de látex (ver la figura del proceso de endocitosis). El hecho de que las mitocondrias tengan dos capas de membrana indica que ya tenían su propia membrana cuando la membrana de la célula eucariota se dobló a su alrededor. Dado que las bacterias tienen una sola membrana, tendría sentido que las mitocondrias comenzaran como una bacteria ingerida.

Ambas membranas son fundamentales para el funcionamiento de las mitocondrias modernas, con diferentes proteínas incrustadas en cada membrana y átomos cargados eléctricamente llamados iones almacenados en el espacio intermedio. Una proteína importante ubicada en la membrana mitocondrial interna es la ATP sintasa, que lleva a cabo el paso final de la serie de reacciones que crean ATP. Durante los primeros pasos del proceso, los iones de hidrógeno se acumulan entre las dos membranas como el agua detrás de una presa y pasan a través del F₀ región de la ATP sintasa (ver la figura de la ATP sintasa) como el agua que hace girar una muela. Este movimiento causa lF₁ dominio, que contiene ADP y P, cambie de forma y se rompa para producir ATP. Luego, la proteína libera ATP para que la célula pueda utilizarlo. Puedes ver una representación en video de esta notable reacción aquí.

Aunque las mitocondrias son claramente buenas en lo que hacen en el área de la producción de energía, la investigación biomédica está descubriendo funciones adicionales para las mitocondrias en la célula. Se ha descubierto que las mitocondrias secuestran ciertas proteínas, regulando la respuesta de la célula al estrés. Pueden interactuar con otros compartimentos celulares para mediar en el equilibrio de nutrientes y la señalización en la célula. La vasta red mitocondrial sufre una remodelación constante: las mitocondrias individuales se unen y se dividen entre sí, y partes de la red se descomponen cuando se dañan o cuando la célula ya no las necesita. La alteración de la red mitocondrial es particularmente relevante en el cáncer, ya que las células tumorales cambian la producción y el uso de energía para poder sobrevivir y dividirse sin control.

En última instancia, las mitocondrias son algo más que el centro neurálgico de la célula, aunque su eficiencia energética suprema ciertamente les valió esa medalla en particular. También albergan algunas de las pistas más aterradoras sobre nuestros orígenes evolutivos, una asombrosa maquinaria molecular que es a la vez poderosa y elegante, y vías hacia una comprensión superior de las enfermedades.

La publicación Las mitocondrias son más que el centro neurálgico de la célula apareció por primera vez en el Illinois Science Council.

Source link