Autor: Dr. Alberto López Bascopé

Los transportadores reducidos, es decir llevando los átomos de H (FADH 2 y NADH) ceden su carga, aunque no a la misma molécula, a la cadena de complejos, y a partir de ahí, van cayendo a niveles energéticos cada vez más bajos de energía. Protones y electrones son separados, los primeros pueden estar libres en la naturaleza (H + ), en cambio los electrones viajan transportados por alguien, (no pueden estar libres en el medio) en este caso por los citocromos:

Los citocromos son proteínas complejas que en su interior tienen un núcleo activo con un metal que pasa de fase oxidada a reducida y viceversa (Fe2 – Fe3) contenida en una molécula de Hem, y al Cobre como metal adicional.

En el complejo I (con participación de las Ferro-proteínas-sulfuradas) se produce la expulsión de 2 protones (ósea núcleos de Hidrógeno) desde los citocromos hacia el exterior, (entre las dos membranas mitocondriales) mientras los electrones siguen su salto entre los citocromos; en el B se produce una expulsión de otro par de protones y el último se dá a nivel del Citocromo C, en total son 6 átomos Hidrógeno, (sin electrones) los expulsados. Estos últimos han saltado hasta el complejo IV el Citocromo Oxidasa Aa3.

Hasta éste momento no se ha producido ATP, no se ha consumido oxígeno y lo que se ha logrado es tener un espacio entre las dos membranas mitocondriales con un alto contenido de núcleos de hidrógeno, ósea se ha establecido un gradiente químico, con alta actividad osmótica, de ahí el nombre de Teoría Quimio-Osmótica, y que fue elaborada por Peter Mitchell, al que concedieron el premio Nóbel de Química de 1978 por éste trabajo. Esta es una forma de energía, aunque potencial, que se ha acumulado en el gradiente al sacar los protones, y cuando ellos retornen nuevamente hacia el interior liberarán la energía que fue almacenada en forma de carga quimio-osmótica. Esa energía puede ser empleada para diversos fines que le convengan a la mitocondria, lo analizaremos mas adelante.

Continuamos con el Citocromo Aa 3 , al igual que los otros complejos este IV sistema tiene en su núcleo dos átomos de Hierro englobados en dos grupos Hem y un átomo de Cu. Su función principal, y en parte vital para la vida, es tomar los electrones por pares y, literalmente tirarlos a la basura, ya se les sacó provecho, y ellos con menos carga energética deben de ser aceptados por alguien, y ese alguien es el oxígeno que espera ávidamente los electrones por pares. Un par de ellos y dos núcleos de H + , formarán una molécula inerte de agua, y así todos contentos: los electrones y el oxígeno.

Acá nos damos cuenta de que el oxígeno se emplea realmente como un basurero que recibe a los electrones que a la mitocondria ya no le sirven, y que en ese paso realmente no se produce energía, así se describe en un esquema original del trabajo de Mittchell y publicado en la revista Scientific American:

La citocromo oxidasa AA 3 tiene la característica de proporcionarle al oxígeno (con fases intermedias y en un complejo proceso de óxido-reducción, y en el cual se encuentran acoplados pasos intermedios con el citocromo C) todos los electrones que le hacen falta, ya que si al oxígeno se le proporciona un solo electrón, lo acepta gustoso pero se origina así el primer radical libre: el Superóxido (analizaremos a profundidad más adelante). En ésta complicada secuencia de procesos de oxido-reducción y de transferencia de electrones y protones se logra obtener la energía suficiente como para expulsar otro par de protones, como se explico anteriormente es efectuado por el Citocromo C:

El asunto sería: Qué si la evolución hubiera tomado otro átomo como aceptor de electrones, la ciencia actual busca esta respuesta, ya que en este aspecto nos liberaría de la dependencia al oxígeno, experimentalmente ya se ha logrado, pero y la naturaleza no habrá dado ya sus respuestas? Vean el siguiente artículo:

Resulta que un comensal anaerobio (Nyctotherus ovalis) que habita en el intestino de nuestra amiga la cucaracha ha desarrollado un sistema bioquímico mitocondrial de producción de ATP, en el cual el sistema de transporte electrónico esta ligado al Hidrógeno como aceptor y no al oxígeno. La función del oxígeno es ser un aceptor de electrones, si otro lo hace el organismo se convierte en anaerobio, muchísimas formas de vida “inferiores” en la tierra han aprendido a vivir sin el oxígeno, algunas “superiores” han elaborado algunos sistemas exitosos, que los analizaremos con detalle más adelante. Por otro lado existen muchos otros ejemplos de sistemas de transporte electrónico a nivel celular, de los más conocidos son la familia de citocromos P 450 , localizados a nivel de las vellosidades intestinales, hígado, riñón y se encargan de destoxificación y no de producción de energía.

Ya hemos empleado una parte del oxígeno que requiere el organismo y aún no hemos visto la formación de ATP, primero le seguiremos el paso a los protones: Se había establecido un gradiente quimio-osmótico, que contiene un alto nivel de energía potencial que puede ser empleado para muchos fines.

1.- Intercambio iónico por ejemplo de H + por Na + para la mantención de la estabilidad eléctrica de la membrana interna mitocondrial.

Un ejemplo clínico de la importancia de éste mecanismo es el siguiente:

El Tour de France es seguramente una de las pruebas de resistencia física más consumidoras de energía, están corriendo casi diario por más de tres semanas por muchas horas al día. Consumen más de 7000 calorías diarias, que en la noche deben de reponer, pero darse un atracón por las noches es como para al día siguiente no estar en la mejor forma, por lo que no es posible reponer completamente las calorías consumidas con el esfuerzo físico, por lo que teóricamente deben de consumir de sus reservas metabólicas, diariamente, lo que significa que al término de la competencia deberían de pesar menos que al inicio, pero como se verá en el siguiente artículo en realidad no pierden peso, y entonces de donde salen esas calorías consumidas y no ingeridas?. La respuesta esta precisamente en esa capacidad que tiene la mitocondria de poder emplear la carga quimio-osmótica como mejor le convenga, es decir, en condiciones normales hasta un 40% se emplea para producir calor (es uno de los mecanismos de adaptación al frío, o de mantención de la temperatura en anestesia, termogénesis en trans-anestesia que es otro tema interesante), pero resulta que al ciclista lo menos que le interesa es producir calor, ya la fricción de la constante actividad miofibrilar de los músculos produce excesiva cantidad de calor, entonces la mitocondria deriva ese gradiente quimio-osmótico bloqueando completamente la actividad de las proteínas desacopladoras, con el objeto de que casi todos los protones sean empleados para producir ATP, de esta forma se aumenta su producción en hasta casi un 40% sin realmente incrementar el consumo metabólico de sustratos.

Esta capacidad la tenemos todos, pero su eficacia requiere de tiempo y algunos grupos celulares están mejor capacitados que otros, las células BAT, por ejemplo pueden desacoplar hasta más de un 80% del gradiente para situación de termogénesis, y como veremos adelante muchos de los animales hibernadores ocupan esta función al contrario desacoplando para producir calor y no ATP, que no es requerido en ese momento.

La fosforilación oxidativa es decir la formación de ATP que se da en el quinto complejo, antes llamado Fernández-Moran (por los estudios aportados por un científico Argentino) y actualmente conocido como las partículas F 1 – F 0 .

Es realmente el sitio donde se aprovecha la energía potencial de los protones que al ingresar a través del complejo en la porción F 0 proporcionan la energía suficiente para hacerlo rotar, como un motor eléctrico (situación similar a la que se dá en la base de los cilios o flagelos y que permite el movimiento), y de esa forma permitir a nivel de F 1 generar un enlace de alta energía que es aprovecha bajo la formación de un ATP a partir de ADP y Pi.

Hasta acá hemos revisado el empleo del oxígeno por parte de la mitocondria, y observamos que aunque esta implicado en las cadenas metabólicas mitocondriales, no lo esta directamente ligado a la producción de energía, por otro lado vimos que a nivel de la cadena de electrones los saltos eran siempre acoplados a un transferidor y que al fina la citocromo oxidasa los proporcionaba por paquetes al oxígeno, pero si existe una sobre oferta de oxígeno, como en el momento de una repercusión post paro, las posibilidades de que el oxígeno capture un simple electrón son más altas, aunque en condiciones normales también se puede dar, y de ésta forma se origina el primer radical libre del oxígeno el Superóxido:

Este esquema extraído de:

McIntyre: Hypertension, Volume 34(4, Part 1).October 1999.539-545

Es claro en la descripción: ganando un electrón se forma el Superóxido, que es metabolizado inmediatamente por la enzima superóxido dismutasa (se proporcionaba a los soldados como antioxidante en caso de una conflagración nuclear) empleando un segundo electrón y dos protones del medio para formar el segundo radical libre: el Peróxido de Hidrógeno o agua oxigenada, empleado como antiséptico por sus características físicas aunque débiles en comparación de sus hermanos, es inmediatamente metabolizado por las catalasas y peroxidasas que proporcionándole al oxígeno el tercer electrón y otro protón forman una molécula de agua y el tercer radical libre y el peor de todos en cuanto actividad el radical Oxidrilo libre, éste en presencia de hierro(forma el ión desferryl) es el que más daño hace en especial a nivel de CNS, y cuando hay hemorragia hay hierro libre, por ello les va peor a ellos (ampliaremos mas adelante).

De ésta forma gradual el oxígeno ganado tres electrones ha formado los tres radicales libres, son completamente inestables, una vez ganado el primero tienen que seguir ganando para conseguir su estabilidad, las enzimas les proporcionan los protones y electrones, pero si ellas se ven rebasadas por la sobreproducción de radicales libres estos en forma libre “roban” electrones de las moléculas aledañas, y están rodeadas de membranas con lípidos en su composición y es a aquellos que primero atacan, quitándoles electrones los convierten en lipoperóxidos, carentes de actividad fisiológica y que si son por miles inicia la destrucción de las membranas celulares. Por ello todas nuestras células tienen una alta capacidad de antioxidación.

l último paso es proporcionando al oxidrilo el cuarto electrón y un protón y de esa forma se convierte en una molécula inerte de agua, este paso no es catalizado enzimáticamente. Muchos artículos nuevos hablan del tema:

Los radicales libres del O 2 están involucrados en casi todas las patologías del ser humano, en algunas más que en otras por ejemplo: los síndromes de reperfusión, la sepsis, el envejecimiento, el cáncer, en el recién nacido es a muchos niveles tóxico (lo analizaremos con detalle más adelante), etc., Por ello cuanto menos se produzcan mejor estaremos. Una premisa es: emplear el oxigeno siempre solo lo necesario y talvez menos.

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