Artículo 8: Radiación Ultravioleta y Ozono

El sol emite una gran gama de radiaciones de diferentes longitudes de onda que van desde los rayos X, radiación ultravioleta, luz, infrarrojo, hasta las microondas

De estas radiaciones, la ultravioleta es de gran interés para la vida ya que a pesar de ser absorbida en gran parte por la atmósfera, también llega a la superficie terrestre donde interviene en la función fotosintética de los vegetales y síntesis de vitamina D, lo que tiene implicaciones en el desarrollo de la estructura ósea de los vertebrados. Sin embargo, un aumento de radiación ultravioleta sobre la superficie terrestre puede tener graves consecuencias sobre los seres vivos. En el caso de los humanos puede causar lesiones oculares, quemaduras en la piel e incluso hasta cáncer.

El ADN es muy sensible a los cambios de estas radiaciones. Si la capa de ozono disminuye y deja pasar una mayor cantidad de radiación ultravioleta, ésta podría causar mutaciones ya que afecta muy fuertemente las bases pirimidicas. Además la fotosíntesis puede ser inhibida afectando la relación oxígeno-dióxido de carbono.

El ozono en la atmósfera no forma una capa que envuelve a la tierra como suele creerse, sino que se forma por la interacción de la radiación ultravioleta con el oxígeno molecular pasando del gas O2 al O3

Artículo 9: La Exposición de Etanol a la Mitocondria Disminuye la Permeabilidad de la Membrana en Cultivos de Hepatocitos de Rata

El metabolismo de las mitocondrias está regulado en gran medida por el movimiento de mol metabolítos a través de la membrana externa de la mitocondria por un canal de aniones dependientes del voltaje (VDAC).

Cuando se expone el tejido hepático al etanol, este presenta respuestas que pueden tener una relación con la generación de ATP en la mitocondria pero que tiene como consecuencia un aumento de las especies reactivas del oxígeno. Además también está relacionado con la peroxidación lipídica y la supresión de la oxidación de ácidos grasos. El etanol produce en el hígado un estado hipermetabólico, incremento del metabolismo del alcohol y un desacoplamiento de la fosforilación oxidativa de la mitocondria.

Todas las funciones del metabolismo mitocondrial dependen del intercambio de sustratos entre el citosol y la matriz mitocondrial. Dicho intecambio es catalizado por proteínas específicas localizadas en la membrana interna, incluyendo el transportador de nucleótidos de adenina, el transportador de fosfato, el transportador de ácido carboxílico y el transportador de carnitina-acilcarnitina entre otros. El intercambio de estos compuestos (solubles en agua) se produce principalmente por VDAC de la membrana externa de las mitocondrias.

Lo anterior hace que existan sospechas acerca de la importancia de VDAC en la regulación del metabolismo mitocondrial. Ahora bien, se sabe que al exponer a los hepatocitos a etanol provoca disfunciones en la fosforilación oxidativa y es muy probable que el cierre de VDAC suprima la generación de ATP mitocondrial así como la oxidación de ácidos grasos.

Los estudios mostraron que los hepatocitos de ratas expuestas a una dosis única de etanol mostraron una disminución de VDAC así como la permeabilidad de los metabolítos  hidrofóbicos de la membrana externa.  Los hepatocitos que se estaban estudiando se aislaron y permeabilizaron con digitonina y se midió la liberación de enzimas y la actividad respiratoria para poder medir también la oxidación de NADH con lactato deshidrogenasa y la reducción de NADP por adenilato kinasa.

Se observó que el etanol provoca una disminución de la actividad mitocondrial en un 35% si se compara con los hepatocitos que no fueron tratados. Por lo que el etanol en los hepatocitos provoca un decremento de la permeabilidad de la membrana externa. Entonces, se ve que existe una relación entre el cierre de VDCA y la supresión de la actividad mitocondrial gracias a la disminución del movimiento de metabolitos dentro y fuera de la mitocondria.

Artículo 7: Fotosíntesis

Para que se sinteticen las moléculas orgánicas que componen a los seres vivos es necesario que primero se capture a la energía solar. Las plantas convierten esta energía proveniente del sol en forma de luz en reservas energéticas. Del todas las longitudes de onda que provienen en forma de energía desde el sol, las plantas únicamente pueden transformar en energía química un espectro muy pequeño y lo hacen mediante el proceso de la fotosíntesis.

en la fotosíntesis es esencial la captación de luz por los pigmentos fotosintéticos. La clorofila convierte la energía luminosa en energía eléctrica la cual posteriormente queda almacenada en energía química. Luego se lleva a cabo una serie de reacciones químicas no dependientes de la luz donde la energía química almacenada se utiliza para llevar a cabo la reducción del dióxido de carbono y la síntesis de carbohidratos.

La clorofila es el pigmento encargado de la captación de luz y forma diferentes complejos, el primero de ellos es el complejo colector de luz y los otros dos son el fotosistema I y el fotosistema II. La molécula de clorofila absorbe un fotón y pasa a un estado excitado de energía cediendo uno de sus electrones mas externos a un aceptor, en este caso la clorofila queda oxidada y el aceptor queda reducido. Con esto se desencadenan una serie de reacciones que dependen de cadenas fotosintéticas de transporte de electrones en los fotosistemas I y II.

En la primer fase entonces se produce poder reductor en forma de NADPH y energía química en forma de ATP que serán utilizados en la segunda fase para reducir el dióxido de carbono. Esta segunda fase sucede en el estroma de los cloroplastos y se conoce como ciclo de Calvin. Significa la formación neta de una molécula de gliceraldehido-3 fosfato a partir de 3 moléculas de CO2 para lo cual se requiere el aporte de 6 moléculas de NADPH y nueve de ATP

Artículo 6: Metabolismo Energético Mitocondrial y Envejecimiento

El envejecimiento es el deterioro progresivo y generalizado de las funciones de un organismo, que tiene como resultado el aumento a la vulnerabilidad a los peligros en el medio ambiente y un aumento en la probabilidad a sufrir enfermedades y la muerte.

El envejecimiento es un proceso multifactorial. Uno de estos factores probablemente sea el daño acumulado en una variedad de componentes celulares diferentes. Estudios realizados en ancianos han mostrado que existen diferentes vías moleculares que están implicadas en el proceso de envejecimiento y dichos estudios señalan a las mitocondrias como reguladores de la clave de la longevidad.

Mientras aumenta la edad de los mamíferos, también aumenta el número de mutaciones en el ADN mitocondrial. Estudios en ratones mostraron que existe una relación entre el número de mutaciones en el ADN mitocondrial y algunas características típicas del envejecimiento como osteoporosis, pérdida de cabello, pérdida de peso y masa muscular además de la disminución de la fertilidad.

Debido a que las mitocondrias tienen un papel central en el metabolismo energético, debido a que se transforma ATP y este proceso depende del oxígeno, se sospecha que es el organismo donde se forma la mayor cantidad de radicales libres del oxígeno, o mejor conocidas como especies reactivas del oxigeno. Esto se debe a que durante la cadena de transporte de electrones, un pequeño número de electrones se fuga, particularmente de los complejos I y II. Estas especies reactivas del oxigeno producidas en la mitocondria daña principalmente a las mitocondrias. El hecho de que las mitocondrias sean el único organelo que posee su propio ADN provoca que aumente el número de mutaciones en el ADN mitocondrial. Sin embargo, no se ha logrado establecer una relación del envejecimiento mitocondrial con las mutaciones de su ADN. Sin embargo si se puede afirmar que un aumento en las especies reactivas de oxigeno provoca un aumento en las mutaciones puntuales del ADN mitocondrial y que esto conlleva a una reducción del ensamblaje de lo complejos de la cadena respiratoria mitocondrial.

Una baja producción de ATP también podría estar produciendo una cantidad baja de especies reactivas del oxigeno en la célula. La producción de las especies reactivas de oxigeno depende de la fuerza de movimiento de protones por lo que la fuga de protones resulta en un limite en la producción de daño oxidativo.

También existen un tipo de proteínas denominadas desacopladoras que tienen la función de desaparear, además de disipar el gradiente de protones en forma de calor. Sin embargo aún no se ha establecido que las especies reactivas del oxigeno ni el daño oxidativo tengan alguna relación con dichas proteínas desacopladoras, por lo tanto aún queda por esclarecer si estas proteínas tienen un daño protector contra el daño oxidativo.

Artículo 5: La Mitocondria y el Corazón

El corazón por ser un tejido que requiere de mucha energía para funcionar depende de que las mitocondrias puedan funcionar correctamente.  La energía que obtiene el corazón se va a través principalmente de la betaoxidación de los ácidos grasos, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa con lo cual se genera de 80% a 90% del ATP celular. Si la mitocondria tiene algún defecto e en su estructura o función puede tener como resultado diferentes patologías como la miocardiopatía dilata o hipertrófica, defectos en la conducción cardiaca, muerte súbita, miocardiopatía isquémica o alcohólica y miocarditis.

En el corazón del 20% al 40% del volumen celular está constituido por mitocondrias ya que es un órgano de gran demanda energética. La producción de energía depende de muchos factores genéticos que pueden coordinar la función mitocondrial normal.

A lo largo de la vida, el músculo cardiaco va cambiando en cuanto a la función metabólica se refiere. Conforme envejecemos comienzan a utilizarse más los ácidos grasos saturados y cada vez menos a los ácidos grasos insaturados como fuente de energía. Además también hay una disminución de el fosfolípido que se encuentra en mayor abundancia en las membranas internas mitocondriales, la cardiolipina. Este fosfolípido desempeña un papel de transporte. En las cardiopatías se ha visto que existen defectos en las funciones metabólicas; defectos de la fosforilación oxidativa o de la cadena respiratoria pueden traer como consecuencia enfermedades como la cardiopatía dilatada e hipertrófica. Dichos defectos en la fosforilación o de la cadena respiratoria se deben a defectos enzimáticos que llevan a cabo dichas reacciones. Por lo tanto, estos padecimientos se asocian a mutaciones puntuales específicas del ADN mt de nucleótidos altamente conservados a través de los procesos evolutivos. Dichas mutaciones suelen traer como consecuencia baja actividad enzimática de las enzimas respiratorias específicas.

Mutaciones de las proteínas encargadas del transporte de sustancias y moléculas en la mitocondria tiene como consecuencia regularmente el desarrollo de miocardipoatías. Una de estas proteínas es por ejemplo la traslocasa de la carnitina – acilcarnitina, responsable del facilitamiento del paso de metabolítos críticos a través de la membrana mitocondrial interna. Otras mutaciones que desarrollan miocardiopatía son por ejemplo la frataxina que participa en el transporte mitocondrial de hierro. También, la miocardipoatía es la consecuencia de alteraciones hereditarias de la betaoxidación de los ácidos grasos en la mitocondria.

Para diagnosticar hoy en día las miocardiopatías se puede analizar las enzimas del músculo esquelético, además de dar seguimiento a los pacientes que ya han sido diagnosticados a través de la toma de biopsias musculares siempre y cuando las miocardiopatias estén basadas en defectos mitocondriales.

Artículo 4

La mitocondria tiene diversas funciones en la célula. Dentro de éstas se encuentra la homeostasis del Ca, la generación y eliminación de las especies reactivas de O2 además de la más conocida, la de producción de ATP.

La producción de ATP después de la fosforilación oxidativa ayuda a que la célula obtenga energía para sus funciones vitales. Sin embargo, en algunas ocasiones, cuando las mitocondrias desarrollan algunas patologías este proceso puede ser el contrario, revertirse o ser deficiente como sucede con la hidrólisis de ATP por la operación inversa de la ATPasa mitocondrial o bien, porque la ATPasa sigue únicamente una dirección en los mecanismos físicos y químicos. Otro defecto es la traslocación de los nucleótidos de adenina en el flujo que existe entre el citosol y la matriz de la mitocondria. 

La mitocondria tiene un papel importante en la programación de la muerte celular. Las mitocondrias albergan moléculas de señalización que promueven la muerte celular. Las proteínas de la membrana de la mitocondria provocan la apoptosis al ser liberadas en el citosol, un defecto en la integridad de las membranas de la mitocondria podría provocar la muerte de las células.

Las mitocondrias tienen proteínas capaces de abrir poros a través de las membranas plasmáticas de las células a través de los cuales entran toda especie de sustancias en un flujo incontrolable de solutos y agua, los cuales provocarán hinchazón y posteriormente la ruptura de las membranas de las células.

Artículo 3: Compuestos de Fosfato de Alta Energía

Los compuestos de fosfato son las moléculas a través de las cuales se lleva a cabo el intercambio de energía dentro de las células. De estos el ATP es el más importante para la función celular ya que es el principal transportador de energía. Sin embargo, para que la energía química que tiene el ATP pueda ser transferida y convertida en algún tipo de trabajo, es necesario que un grupo de encimas conocidas como ATPasas actúen. Como consecuencia de esto tenemos que la energía contenida en el ATP al ser liberada puede provocar contracción muscular, transporte de iones a través de membranas aún incluso en contra de gradientes de concentración e incluso se puede convertir esa energía química en energía luminosa como en el caso de las luciérnagas. Sin embargo, como en todo tipo de sistema, existen pérdidas de energía, lo cual significa que no toda la energía contenida dentro del ATP es transformada en trabajo sino que gran parte de ella se pierde en forma de calor.

Hoy en día se sabe mucho acerca del proceso de la transferencia de la energía dentro de la célula, sin embargo a inicios del siglo, en los años 20 no se sabía gran cosa acerca de este tema. Fue en esta década cuando se purificó por primera vez el ATP sin embargo no fue sino hasta 1941 que se propuso que los compuestos de fosfato podrían contener energía. Se propuso entonces que la energía de la hidrólisis de los compuestos de fosfato sería la misma sin importar que estuvieran unidos a la enzima o libres en la solución. De esta manera pensaron que la secuencia de eventos durante el proceso de transferencia de energía de las enzimas se llevaba a cabo de la siguiente manera:

1.      

1.       La enzima era unida al ATP

2.       El ATP se hidrolizaba y la energía liberada era captada por la enzima y usada para realizar trabajo en el momento de la ruptura

3.       Se realizaba el trabajo

Se pensaba entonces que la alta energía de los compuestos de fosfato dependía de efectos intramoleculares como la resonancia de oposición o repulsiones electrostáticas o la distribución del electrón a lo largo de la molécula. No fue sino hasta la década de 1970 que se propuso que los compuestos de fosfato están en solución y que por lo tanto interactúan fuertemente con el agua. Se dieron cuenta que la keq para la hidrólisis de un compuesto de fosfato se debía determinar por las diferencias en energías de solvatación de los reactivos y productos y no por efectos intermoleculares. La energía de solvatación es la energía que se necesita para poder remover a las moléculas del solvente que se organizan alrededor de una sustancia en solución y mientras más solvatada esté la molécula es más estable y menos reactiva que la que está menos solvatada por lo tanto la keq está determinada por la diferencia de las energías de solvatación entre los reactivos y los productos. Es decir que la keq de una reacción es alta cuando los productos están más solvatados que los reactivos.

A finales de la misma década se calculó la energía de hidrólisis de varios compuestos de fosfato en fase gaseosa, eliminando con esto la solvatación de los reactivos y los productos. Al comparar estos valores con los obtenidos en el agua se dieron cuenta que había diferencias significativas, con lo cual se comprobó que cuando los reactivos y los productos no están solvatados el acetilfosfato y la fosfocreatina son más estables que los productos de su hidrólisis y se comportan como compuestos de fosfato de baja energía.

Después de esto se pudo concluir que la hidrólisis de los compuestos de fosfato varía dependiendo de si se encuentran en solución o en la superficie de la enzima. Además de que la energía que se utiliza es captada por la enzima antes de la ruptura del compuesto de fosfato. Además, la evidencia obtenida de los últimos estudios en el tema ha revelado que las enzimas pueden regular la conversión de la energía a lo largo del ciclo catalítico determinando la fracción de la energía derivada del compuesto de fosfato que será convertida en trabajo y la que se liberará en forma de calor.