¿Qué son las mitocondrias?
Es posible que haya oído asociar a las mitocondrias con el apodo de «la central de energía de la célula». Cómo se han ganado ese apodo?
Las mitocondrias son las centrales eléctricas o fábricas en miniatura de todas y cada una de las células de su cuerpo. Una típica célula humana viva contiene entre cientos y miles de mitocondrias.
De la misma manera que su sistema digestivo, las mitocondrias son como pequeños sistemas digestivos en su célula, convirtiendo los alimentos en energía. Los azúcares, las grasas y los aminoácidos de las proteínas que comemos se convierten en energía a través de las mitocondrias. Son tan eficaces en esta tarea que se calcula que generan el 90% de la energía que necesitan nuestras células.
¿Cómo son las mitocondrias?
Las mitocondrias parecen pequeñas judías en tu célula. Están formadas por dos membranas: la externa y la interna.
La membrana externa actúa como una pared, cubriendo la totalidad del orgánulo.
La membrana interna tiene el aspecto de una serie de pliegues, formada por varios compartimentos. Esta forma en capas tiene como objetivo maximizar la superficie de la mitocondria, apoyando una mayor eficiencia en su función.
Dentro de la membrana interna hay un fluido llamado matriz; aquí es donde ocurre la magia.
¿De dónde vienen las mitocondrias?
Antes de que las mitocondrias se volvieran inestimables para las células humanas, existían completamente fuera de ellas como organismos unicelulares e independientes. Se parecían mucho a las bacterias. Sin embargo, en algún momento de la antigua historia biológica, hace más de dos mil millones de años, se fusionaron con una célula simple para formar una relación simbiótica.
Al principio, el plan no era sólo fusionarse. Las mitocondrias, como bacterias, sólo querían robar a las células anfitrionas su energía y luego dejarlas morir. Pero las bacterias pronto se dieron cuenta del beneficio de trabajar junto a las células simples.
Las células simples les proporcionan antioxidantes para protegerlas de los radicales libres y las especies reactivas de oxígeno tóxicas que las mitocondrias generan como subproducto de la producción de energía. A cambio, las mitocondrias producen la energía que las células simples necesitan. Es un trato bastante dulce. Es como si las mitocondrias estuvieran pagando un alquiler a cambio de vivienda y servicios públicos.
Las mitocondrias son esencialmente extraterrestres en su cuerpo. Nuestras mitocondrias poseen incluso su propio ADN, llamado ADNmt, lo que les confiere un genoma independiente. Además, el ADN mitocondrial sólo se transmite de madre a hijo, lo que hace que usted sea más parecido genéticamente a su madre que a su padre. De hecho, las empresas modernas de pruebas de ascendencia se apoyan en su línea de ascendencia materna utilizando el ADN mitocondrial.
El propósito de las mitocondrias.
Las mitocondrias tienen un propósito principal: producir energía. Para crear energía, crean una molécula muy necesaria conocida como trifosfato de adenosina o ATP.
¿Qué es el ATP?
Nuestro cuerpo no se limita a crear y aprovechar la energía directamente. En realidad, almacena la energía que producimos a partir de los alimentos en una molécula. El ATP, o trifosfato de adenosina, es la principal solución de almacenamiento de energía para nuestras células. Son como pequeñas baterías que flotan por ahí, esperando a ser utilizadas. «Tri», que significa tres, denota que hay tres fosfatos en la estructura molecular.
Cuando las células necesitan energía, el ATP se descompone mediante un proceso llamado hidrólisis. En realidad, esto es bastante fácil de hacer porque el ATP es una molécula muy inestable. Los tres fosfatos del ATP son como tres compañeros de habitación. No se gustan el uno al otro y están esperando a ser separados.
Cuando se produce la separación, el enlace molecular entre los fosfatos del grupo tri-fosfato del ATP se rompe, eliminando uno de los fosfatos de la molécula de ATP. El trío se convierte en un dúo, convirtiendo así el ATP en ADP o adenosina di-fosfato.
Esta ruptura libera una inmensa energía y nuestras células utilizan la energía para impulsar una importante actividad celular.
Nuestras mitocondrias trabajan duro para asegurarse de que nuestras células tienen suficientes de estas «baterías» listas para usar, o ATP, flotando por ahí.
¿Cómo crean las mitocondrias el ATP?
Para crear más ATP, nuestras mitocondrias pasan por una serie de reacciones químicas para descomponer nuestros alimentos, particularmente la glucosa, los aminoácidos y los ácidos grasos. La glucosa es realmente la molécula principal en la que se descomponen nuestros alimentos, así que vamos a centrarnos en la glucosa para entender cómo nuestras mitocondrias convierten los alimentos en energía.
Nuestras mitocondrias toman nuestras moléculas de glucosa a través de un proceso llamado respiración celular que es esencialmente sólo un proceso de descomposición y conversión de la glucosa mediante la combinación de oxígeno con una molécula de glucosa. El oxígeno proviene del aire que respiramos.
Este proceso de añadir oxígeno a la glucosa produce una cadena de moléculas. En su forma más rudimentaria, el proceso se parece a la siguiente fórmula:
Glucosa + Oxígeno = Dióxido de Carbono, Agua y ATP.
El dióxido de carbono y el agua son subproductos del proceso. Esto es la respiración celular, simplificada.
Sin embargo, nuestras mitocondrias no toman la glucosa en su forma cruda. No es utilizable en su estado normal, así que nuestras células descomponen la glucosa aún más antes de pasarla a nuestras mitocondrias. Este proceso se llama glucólisis.
La forma descompuesta de la glucosa es lo que realmente se combina con el oxígeno para producir una red de dióxido de carbono, NADH, FADH2 y ATP. Este proceso es lo que se llama el Ciclo de Krebs. Vamos a desglosar los productos de este proceso:
Dióxido de carbono: Uno de nuestros subproductos. Lo exhalas.
NADH y FADH2: La nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) y la flavina adenina dinucleótido (FAD) son coenzimas que ayudan a generar más ATP. El NADH y el FADH2 son sus formas cargadas de electrones. Ignora esto por ahora. Hablaremos de estos importantes actores más adelante.
ATP: Energía!
Así que el ciclo de Krebs crea energía pero el ciclo de Krebs por sí solo no produce suficiente ATP que nuestras células necesitan. Los verdaderos premios son el NADH y el FADH2 que se producen en el proceso. Ellos son los que realmente nos producen la mayor parte de nuestro ATP a través de lo que se llama la cadena de transporte de electrones.
La cadena de transporte de electrones es esencialmente un proceso en el que nuestra mitocondria «roba» constantemente a sus invitados. El NADH y el FADH2 son moléculas cargadas de electrones y nuestras mitocondrias «roban» estos electrones del NADH y el FADH2, convirtiéndolos en NAD+ y FAD como resultado.
A su vez, nuestras mitocondrias toman estos electrones cargados y producen una tonelada de ATP, convirtiendo los limones en limonada. Este proceso es tan eficiente en la producción de ATP, que la cadena de transporte de electrones produce la mayor parte de nuestra energía ATP. Afortunadamente, los amigos de la mitocondria, el NAD+ y el FAD, siguen regresando con regalos de electrones cargados para mantener el proceso. Es una cadena de suministro perfecta y el único subproducto en este proceso es el agua, completando así nuestra fórmula:
Glucosa + Oxígeno = Dióxido de Carbono, Agua y ATP.
Mitocondrias y envejecimiento.
Investigaciones de la Escuela de Kinesiología y Ciencias de la Salud de la Universidad de York muestran que fabricamos menos mitocondrias a medida que envejecemos. Las mitocondrias también se deterioran gradualmente a medida que envejecemos, haciendo que las pocas mitocondrias que nos quedan trabajen mucho más. De hecho, la disfunción mitocondrial se considera un sello distintivo del envejecimiento.
Los mismos investigadores de la Universidad de York creen que esto es el resultado de un desequilibrio entre nuestro número de radicales libres y la capacidad de nuestra célula para eliminarlos. Pero la mayor parte de la comunidad científica está de acuerdo en que las mitocondrias se vuelven menos eficaces con el paso del tiempo debido a su menor capacidad para fabricar ATP.
Las mitocondrias responden a sus necesidades energéticas.
En la mayoría de los casos, el número de mitocondrias que creamos se correlaciona con la cantidad de energía que necesitamos. Esto significa que, en gran parte, nuestra actividad diaria dicta el número de mitocondrias que creamos y mantenemos. Cada vez que se produce un cambio significativo en nuestro estilo de vida o en nuestros hábitos, nuestras mitocondrias ajustan su número.
David A. Hood, de la Universidad de York, cree que existe una conexión entre las rutinas de ejercicio y la biogénesis mitocondrial. La biogénesis mitocondrial es una serie de reacciones químicas complejas dentro del cuerpo que señalan la necesidad de más ATP y, por tanto, de más mitocondrias. Nuestras mitocondrias esencialmente se clonan a sí mismas a través de un proceso de autorreplicación con el fin de satisfacer la nueva demanda de energía.
Sin embargo, lo contrario también es cierto. Un estilo de vida sedentario puede indicar al cuerpo que no necesitamos tanto ATP e inhibir la replicación de las mitocondrias. Como resultado, sus mitocondrias producen menos energía celular en general, lo que lleva a una disfunción metabólica más general.
Mitocondrias y NAD+.
Tan crucial como las mitocondrias son para crear energía, no es tan simple como un orgánulo. Un montón de diferentes reacciones químicas y coenzimas están en juego, concretamente una molécula crítica conocida como nicotinamida adenina dinucleótido o NAD+.
Como se ha mencionado anteriormente, en la respiración celular se crean dos coenzimas, FAD y NAD+. Sin embargo, entre las dos, producimos mucho más NAD+ que FAD. Si las mitocondrias fueran fábricas, las moléculas de NAD+ son la flota de camiones de reparto y las moléculas de FAD son los conductores temporales que sólo trabajan a tiempo parcial.
El NAD+ es como el amigo más fiable de la mitocondria, que entrega constantemente electrones cargados para producir abundante ATP en la cadena de transporte de electrones.
Desgraciadamente, la cantidad de NAD+ que producimos disminuye de forma natural con la edad. Al igual que las mitocondrias, la cantidad de NAD+ que tenemos en nuestras células también se ve afectada en gran medida por nuestro estilo de vida y nuestros hábitos. Un estudio publicado en Physiological Reports muestra que el entrenamiento con ejercicio puede aumentar de forma natural los niveles de NAD+. Por el contrario, cosas como la edad, el estrés metabólico, el estrés inmunológico, el consumo de alcohol o el exceso de comida pueden contribuir al agotamiento del NAD+.
En la búsqueda de la comprensión de la ciencia del envejecimiento y la mejor manera de manejarlo, la comunidad científica ha puesto un gran enfoque en la investigación de NAD + y su relación con la disfunción mitocondrial. Está ampliamente aceptado que la salud mitocondrial desempeña un gran papel en nuestra salud humana en general y el NAD+ forma parte de esa historia. Por suerte, mantener una función mitocondrial saludable es posible con algunos cambios en el estilo de vida. Estos son algunos consejos sobre cómo apoyar la salud mitocondrial.