Bionergetica Mitocondrial
La bioenergetica es la parte de la biología muy relacionada con la física, que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en los sistemas biológicos. En general, la Bioenergética se relaciona con la Termodinámica, en particular con el tema de la Energía Libre, en especial la Energía Libre de Gibbs. Los cambios en la energía libre de Gibbs ΔG nos dan una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y pueden proveer de una predicción de si la reacción podrá suceder o no. Como una característica general de La Bioenergética, esta solo se interesa por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción química, los tiempos necesarios para que el cambio químico se lleve a cabo en general se desprecian. Un objetivo general de la Bioenergética, es predecir si ciertos procesos son posibles o no; en general, la cinética cuantifica qué tan rápido ocurre la reacción química.
La fosforilación oxidativa mitocondrial engloba las reacciones que llevan a la síntesis de ATP utilizando la energía disponible tras la oxidación de sustratos en la cadena respiratoria. El acoplamiento de los dos procesos se realiza a través del gradiente de protones que es generado por la cadena respiratoria. Nuestro grupo investiga mecanismos que modulan la eficiencia energética de este proceso.
Las proteínas desacoplantes (abreviado "UCP", del inglés "uncoupling protein") son transportadores de la membrana interna mitocondrial cuya función biológica es la disipación controlada del gradiente de protones. Existe un gran número de procesos que parecen requerir de la participación de las UCPs. A modo de ejemplo, este mecanismo disipador de energía es utilizado por los mamíferos para mantener la temperatura corporal cuando están expuestos al frío e incluso para quemar el exceso de calorías ingeridas en la dieta. Además las UCPs, al catalizar la re-entrada de los protones a la matriz mitocondrial, aceleran la respiración mitocondrial y como consecuencia reducen la producción de especies reactivas del oxígeno (ROS) siendo, por tanto, un elemento adicional de defensa frente al estrés oxidativo. Así, la proteína desacoplante UCP2, que se encuentra en numerosos tejidos y órganos, se sobre-expresa en procesos patológicos en los que las ROS juegan un papel importante para el desarrollo de la enfermedad (aterosclerosis, cáncer, inflamación crónica, etc.)
Durante estos últimos años se ha puesto de manifiesto que los genes que codifican proteínas desacoplantes tienen una distribución muy amplia, habiéndose encontrado no sólo en animales sino también en plantas e incluso en organismos unicelulares. Esta amplia presencia sugiere que el desacoplamiento de la fosforilación oxidativa es una estrategia adoptada de modo general por los seres vivos para regular la eficiencia energética y modular, por ejemplo, la producción mitocondrial de ROS.
El grupo lleva cerca de treinta años centrado en el estudio del mecanismo molecular de transporte y regulación de las proteínas desacoplantes UCP1 y UCP2 así como su papel en la fisiología.
mitocondria cumple un papel central en el flujo energético de la célula debido a que realiza una función metabólica consistente en transferir o transformar la energía química potencial almacenada en las uniones covalentes de ciertas moléculas como la glucosa o ácidos grasos en energía química almacenada en las uniones covalentes entre fosfatos del ATP. Esta última forma de energía química potencial es faciltamente utilizable por la célula y ha sido seleccionada a lo largo de la evolución filogenética como el mecanismo por medio del cual todos los procesos celulares que requieren del uso de energía disponen con facilidad de la misma. Además de proporcionar energía en la célula, las mitocondrias están implicadas en otros procesos, como la señalización celular, diferenciación celular,isostasia del calcio,muerte celular programada, así como el control del ciclo celular y el crecimiento celular.4 En rigor, la mitocondría está involucrada, directa o indirectamente, en todos los procesos fisicoquímicos que requieren el uso de energía para su ejecución. Vale decir, todos aquellos procesos que, desde el punto de vista termodinámico, no se realizan espontáneamente.
Algunas características hacen únicas a las mitocondrias. Su número varía ampliamente según el tipo de organismo o tejido. Algunas células carecen de mitocondrias o poseen sólo una, mientras que otras pueden contener varios miles.5 6 Este orgánulo se compone de compartimentos que llevan a cabo funciones especializadas. Entre éstos se encuentran la membrana mitocondrial externa, el espacio intermembranoso, la membrana mitocondrial interna, las crestas y la matriz mitocondrial. Las proteínas mitocondriales varían dependiendo del tejido y de las especies: en humanos se han identificado 615 tipos de proteínas distintas en mitocondrias de músculo cardíaco;7mientras que en ratas se han publicado 940 proteínas codificadas por distintos genes.8 Se piensa que el proteoma mitocondrial está sujeto a regulación dinámica.9 Aunque la mayor parte del ADN de la célula está en el núcleo celular, la mitocondria tiene su propio genoma, que muestra muchas semejanzas con los genomas bacterianos.10
Existen varias enfermedades de origen mitocondrial, algunas de las cuales producen disfunción cardiaca,11 12 y muy probablemente participa en el proceso de envejecimiento.
Bibliografía
§ M. Devlin, Tomas (2004). Bioquímica. Barcelona: Reverté.ISBN 84-291-7208-4.
§ Contreras Vazquez, Edgar (2003)
Que ñoña!
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