Un artículo apunta la necesidad de actualizar los datos sobre las mitocondrias en los libros didácticos

En el texto científico, escrito por investigadores de la Universidad de São Paulo, cobran relieve nuevos descubrimientos sobre los mecanismos de fosforilación oxidativa implicados en la producción de ATP

Agência FAPESP** – En un artículo científico publicado en la revista Trends in Biochemical Sciences, Alicia Kowaltowski, docente del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), en Brasil, aboga por la necesidad de actualizar los libros didácticos en lo que concierne a la información referente a la localización de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias y al papel del sodio en la respiración mitocondrial.

Kowaltowski es integrante del Centro de Procesos Redox en Biomedicina (Redoxoma), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP.

El referido artículo, escrito en colaboración con Fernando Abdulkader, docente del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB-USP), pone de relieve algunos nuevos descubrimientos sobre los mecanismos de fosforilación oxidativa, incluso un estudio innovador publicado en la revista Cell por el español José Antonio Enríquez, del Spanish National Centre for Cardiovascular Research, y su equipo, que reveló el papel inesperado del sodio en el mantenimiento del potencial de la membrana mitocondrial.

“El conocimiento evoluciona y lo que les llevamos a los estudiantes también debe evolucionar”, argumenta la profesora del IQ-USP. “Hasta hace algunos años, teníamos la seguridad de que las mitocondrias producían ATP por fosforilación oxidativa en el espacio donde la membrana interna interactúa con la externa. Esto ha cambiado, pues hemos descubierto que este proceso transcurre dentro de las crestas mitocondriales. Los libros didácticos muestran algo erróneo y es hora de corregirlo. Ahora, con el trabajo del grupo del Enríquez, hemos descubierto que la propiedad del potencial de membrana también puede ser algo distinta, una cosa que aún no se ha abordado en los libros didácticos.”

El trifosfato de adenosina (ATP), conocido como “la moneda energética”, se genera en las mitocondrias mediante fosforilación oxidativa, un proceso de transferencia de energía impulsado por gradientes eléctricos y de protones a través de la membrana interna mitocondrial. Este mecanismo comprende el acoplamiento de la oxidación gradual de donadores de electrones en la cadena de transporte de electrones al bombeo de protones a través de la membrana, generando el gradiente electroquímico necesario para la síntesis del ATP.

El sodio y potencial de membrana

Desde hace tiempo se sabe que el gradiente de protones en las mitocondrias es pequeño, debido a los mecanismos de taponamiento celular que estabilizan el pH. Por eso el gradiente de carga ha venido siendo considerado el componente dominante del bombeo de protones. Hasta hace poco, ese gradiente se le atribuía al potasio, el catión más abundante en las células.

No obstante, el estudio del grupo de Enríquez reveló que entre un 30 % y un 50 % de este gradiente puede atribuírsele al sodio, transportado mediante el intercambio de protones dentro del complejo I de la cadena de transporte de electrones.

El complejo I transfiere electrones, que provienen inicialmente de nuestro alimento, de la coenzima dinocleótido de nicotinamida y adenina (NADH), hacia los otros complejos existentes en la cadena. Pero una parte de ese complejo cumple una función extra como intercambiador de iones de sodio por protones.

“Este estudio generó dos contribuciones importantes: la identificación de una segunda función fundamental del complejo I y la demostración del papel del sodio en el mantenimiento del potencial de membrana de las mitocondrias”, afirma Enríquez.

Según Kowaltowski y Abdulkader, si bien este descubrimiento resulta inesperado debido a la baja concentración de sodio dentro de las células, el artículo de Enríquez arroja datos convincentes. Los investigadores utilizaron innumerables modelos experimentales, lo que incluyó mutantes de componentes de la cadena respiratoria, aparte de diversos abordajes metodológicos, tales como el uso de distintos ionóforos y medios con depleción de sodio. Los experimentos comprendieron mediciones bioenergéticas cuantitativas cuidadosas que incluyeron raras cuantificaciones calibradas del potencial de membrana.

El estudio también revela que una mutación puntual en el complejo I asociada a la neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON) dificulta específicamente el intercambio de sodio por protones, sin afectar el transporte de electrones o el bombeo de protones desde el complejo. La neuropatía óptica hereditaria de Leber es una enfermedad mitocondrial neurodegenerativa que afecta al nervio óptico y que suele provocar la pérdida de la vista en jóvenes adultos.

Para Kowaltowski, “los investigadores no solamente describen un nuevo mecanismo central para el metabolismo energético, sino que también lo relacionan directamente con una enfermedad.”

Puede accederse a la lectura del artículo Textbook oxidative phosphorylation needs to be rewritten en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0968000424002548?via%3Dihub .

** Con información del Redoxoma.

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