Los científicos comparan las mitocondrias con los paquetes de baterías de Tesla
Una nueva investigación revela que las mitocondrias, las diminutas centrales eléctricas que viven dentro de las células y les dan energía, funcionan más como un paquete de baterías Tesla que como el tipo de batería que se coloca en una linterna.
Aparte de los glóbulos rojos, todas las células del cuerpo humano contienen una o más mitocondrias, y algunas contienen miles. Estas estructuras celulares internas, u orgánulos, utilizan oxígeno para producir unidades químicas de energía para la célula.
Las mitocondrias son inusuales porque tienen dos membranas: una lisa por fuera y otra arrugada y doblada por dentro.
Los científicos llaman crestas a los pliegues de la membrana interna de una mitocondria. Hasta hace poco, creían que el propósito del plegado era aumentar el área de superficie para producir energía.
Sin embargo, los autores de un reciente Revista EMBO El documento de estudio disipa esta idea.
En cambio, proponen que las crestas son más como baterías independientes que trabajan juntas en una matriz, similar a los paquetes de baterías Tesla que alimentan los autos eléctricos.
Una variedad de baterías autónomas
Los investigadores llegaron a esta conclusión después de visualizar la producción de energía dentro de las mitocondrias con la ayuda de microscopía de alta resolución.
"Lo que las imágenes nos dijeron fue que cada una de estas crestas es eléctricamente independiente, funcionando como una batería autónoma", dice el autor principal del estudio, el Dr. Orian S. Shirihai, profesor de medicina en endocrinología y farmacología en la Escuela de Medicina David Geffen en la Universidad de California, Los Ángeles.
“Una crista”, agrega, “puede dañarse y dejar de funcionar mientras las otras mantienen su potencial de membrana”.
Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que cada mitocondria comprendía una sola unidad bioenergética. Los autores se refieren a experimentos previos típicos, cuyos resultados llevaron a los investigadores a concluir que "todo el orgánulo funciona como una unidad electroquímica".
De hecho, lo que el Dr. Shirihai pudo ver con la microscopía tradicional pareció confirmarlo. La observación de células funcionando bien con unas pocas mitocondrias muy largas no sugirió la idea de muchas baterías pequeñas.
“Nadie había mirado esto antes porque estábamos tan atrapados en esta forma de pensar; la suposición era que una mitocondria significaba una batería ”, explica.
Imágenes de alta resolución sin precedentes
Sin embargo, las conversaciones con los ingenieros que diseñan vehículos eléctricos hicieron que el Dr. Shirihai fuera consciente de las ventajas de los conjuntos de muchas baterías pequeñas en lugar de una grande.
"[Si] si algo le sucede a una celda [de la batería]", señala, "el sistema puede seguir funcionando y varias baterías pequeñas pueden proporcionar una corriente muy alta cuando la necesita".
Dependiendo del modelo, los vehículos eléctricos Tesla pueden tener hasta 7.000 celdas de batería pequeñas. Estos toman la forma de una rejilla que permite que el vehículo se cargue rápidamente y se enfríe de manera eficiente. Esta disposición también ofrece mucha potencia para la aceleración.
Para observar más de cerca el interior de las mitocondrias, el equipo "desarrolló un enfoque novedoso para obtener imágenes de la [membrana mitocondrial interna] con alta resolución espacio-temporal en células vivas". Los científicos nunca antes habían visto una resolución tan alta.
Con la microscopía de alta resolución recientemente optimizada, el equipo pudo visualizar la distribución de voltaje y la producción de energía dentro de las mitocondrias.
Los grupos de proteínas actúan como aislantes eléctricos
Los investigadores vieron cómo los grupos de proteínas entre las crestas actuaban como aislantes eléctricos. Ya sabían que sin los grupos de proteínas, las mitocondrias se descomponen más fácilmente. De hecho, el equipo también vio cómo las mitocondrias que carecen de los grupos de proteínas se comportan más como una gran celda de batería.
Los autores sugieren que los hallazgos de estos estudios aumentan la comprensión no solo de cómo funcionan las mitocondrias, sino también de cómo los orgánulos contribuyen a la enfermedad, el envejecimiento e incluso las complicaciones médicas.
Los expertos han relacionado una serie de complicaciones médicas, como la lesión por isquemia-reperfusión, con la alteración grave de las crestas en las mitocondrias.
El Dr. Shirihai reflexiona: "Los expertos en baterías con los que había hablado originalmente estaban muy emocionados de saber que tenían razón".
Los científicos creen que las mitocondrias evolucionaron a partir de una antigua colaboración que se produjo cuando las células con núcleos engullían células simples dependientes de oxígeno que carecían de núcleo. A cambio de protección, la célula internalizada u orgánulo proporciona energía a su anfitrión.
"Resulta que las mitocondrias y Teslas, con sus muchas baterías pequeñas, son un caso de evolución convergente".
Dr. Orian S. Shirihai
