Un equipo de investigadores
españoles, liderado por José Antonio Enríquez, del Centro Nacional de
Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) y catedrático de Bioquímica de la
Universidad de Zaragoza, publica en Science un hallazgo que, con toda
seguridad, hará modificar los libros de textos de Bioquímica, ya que supone una
completa reformulación del funcionamiento de la mitocondria y explica cómo las
células generan energía a partir de los nutrientes.
El trabajo se ha desarrollado por
investigadores del CNIC y la Universidad de Zaragoza, como Patricio Fernández
Silva, Acisclo Pérez Martos y Raquel Moreno-Loshuertos, entre otros, dentro del
grupo de investigación Genoxphos que dirige José Antonio Enríquez. En este
estudio han colaborado tambiénlos hospitales universitarios Miguel Servet de
Zaragoza y La Princesa de Madrid, así como las universidades de Oviedo,
Santiago de Compostela, y Pablo de Olavide de Sevilla.
El hallazgo 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, 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.
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 José Antonio Enríquez, investigador principal del estudio
publicado en Science.
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 podría
llegar a ser. Asimismo no ha permitido desarrollar tratamientos para las
mismas. Esta realidad puso de manifiesto dos aspectos fundamentales. Por un
lado, que el conocimiento de la función mitocondrial era mucho menor de lo que
se creía y por otro 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.
El científico del CNIC añade que el
trabajo 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.
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 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” explica el Dr. 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.
En el trabajo de Science
se describen estos supercomplejos y sus funciones. “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 J.A. 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 súper complejos 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.
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