Descubren cómo las mitocondrias organizan proteínas para generar energía con máxima eficiencia

Las mitocondrias son comúnmente conocidas como las centrales eléctricas de las células debido a su capacidad única de convertir nutrientes y oxígeno en la moneda energética celular, el ATP (adenosín trifosfato). Durante décadas, la ciencia ha estudiado estas estructuras microscópicas, pero la organización exacta de sus componentes internos se mantuvo en la oscuridad hasta hoy.

Gracias a la criotomografía electrónica, investigadores de la Universidad de Basilea, dirigidos por el Dr. Florent Waltz y el Prof. Ben Engel, lograron visualizar con nitidez sorprendente cómo las proteínas implicadas en la respiración celular se organizan en formaciones moleculares denominadas "supercomplejos". Estas estructuras no solo reúnen proteínas, sino que optimizan radicalmente la producción energética en las células.

Según el estudio publicado en la revista Science, los supercomplejos actúan de manera coordinada, generando un flujo constante de protones. Este flujo es aprovechado por otros complejos que funcionan como diminutos molinos moleculares, transformando el movimiento de protones en energía química, es decir, ATP. En palabras del investigador principal Florent Waltz: «Con el microscopio electrónico, estos supercomplejos eran claramente visibles: pudimos observar directamente sus estructuras y su funcionamiento».

Los científicos estudiaron las mitocondrias presentes en células vivas del alga Chlamydomonas reinhardtii. Al analizar estas estructuras vivas en su estado natural, los investigadores se sorprendieron al observar que prácticamente todas las proteínas involucradas en la producción energética estaban organizadas en supercomplejos. Esta disposición podría representar una ventaja evolutiva significativa al permitir una producción de energía más eficiente con menor pérdida.

La investigación también destacó la importancia de la arquitectura interna de las membranas mitocondriales, cuyo diseño plegado recuerda al tejido pulmonar. Estos pliegues incrementan considerablemente la superficie disponible para albergar más proteínas y, por lo tanto, aumentan la capacidad energética de cada célula. «Esta estructura especializada podría ayudar a optimizar el flujo de electrones y minimizar la pérdida energética, aumentando la eficiencia celular general», explicó Ben Engel.

Este descubrimiento abre nuevas perspectivas en diferentes campos científicos. En el plano biológico y evolutivo, comprender la organización de estos supercomplejos puede arrojar luz sobre cómo diferentes organismos han adaptado su producción energética a lo largo del tiempo. Desde la perspectiva médica, los hallazgos podrían explicar mejor las causas moleculares de ciertas enfermedades humanas ligadas a deficiencias mitocondriales, ofreciendo pistas valiosas para el desarrollo de tratamientos más precisos.

Finalmente, este avance promete ser útil en biotecnología, donde la comprensión profunda del funcionamiento energético celular puede ser aprovechada para diseñar sistemas más eficientes de producción de bioenergía o medicamentos dirigidos a optimizar el rendimiento celular. Waltz afirmó: «Entender la estructura fundamental de estos supercomplejos puede abrir la puerta a innovaciones tecnológicas y terapéuticas inesperadas».