La mitocondria como organela multifunción

Se puede afirmar que los que transitamos el territorio biológico hemos definido casi con exclusividad funcional a la mitocondria (MIT), como la gran fuente de energía oxígeno-dependiente de la mayoría de las células. En el tejido muscular es vista, prima facie, como garantía de trabajo prolongado dado que es quien se responsabiliza de resintetizar ATP a una cómoda tasa de reposición del referido compuesto. Ello está en línea con un dato asociado, predominan en las fibras musculares lentas debido a que son las que garantizan la concreción de un ejercicio durante un tiempo extenso y/o a alta tasa de reposición de ATP por la vía oxidativa.

En la generación de energía mitocondrial acontece la liberación de hidrógenos (H), lo que tiene implicancias positivas y otras de potencial afectación que podrían no ser tan saludables para la célula. De recordar acá es que dos eventos se concretan para resintetizar ATP, el llamado ciclo de Krebs (CK) y el transporte de H en la cadena respiratoria mitocondrial (CRM), conocida también como sistema trasportador de electrones (STE). El CK consta de 8 pasos en los cuales se consume citrato, el que finalmente se regenera gracias a la inclusión de cualquier macronutriente a la mitocondria garantizando así la continuación del ciclo y con ello la regeneración de ATP. Es muy importante valorar que gracias a estas reacciones de oxidación (liberación de iones H) se va formando NADH y FADH, las que donarán justamente los átomos de H (esto es, se oxidarán) y con ello cediendo electrones a la CRM dando inicio con esto al proceso de fosforilación oxidativa (FOx). En lo que hace a este fenómeno último, es justamente el que produce una gran cantidad de ATP al generar el paso de electrones entre 4 complejos proteicos denominados I, II, III y IV, de manera que los lanzarán a su aceptor final, el oxígeno, para formar agua, al tiempo que acumulan energía en dicho paso para en el último complejo, el V, aprovecharla para formar el compuesto macroérgico referido (van der Bliek A. et al. Cell Biology of the Mitochondrion, Genetics 2017).

Al presente hay suficiente evidencia para extender la función mitocondrial mucho más allá de la energética, ya que se le reconocen otras de gran importancia como por ejemplo la activación del retículo endoplásmico en respuesta al estrés, la generación de especies reactivas de oxígeno mitocondrial (ROS) y la regulación de la apoptosis, entre otras no menos importantes. Y además, y no poco relevante, su deterioro funcional las involucra en patologías del sistema nervioso central, como por ejemplo las enfermedades de Parkinson y Alzheimer, y directamente en el envejecimiento.

Es de importancia su directa participación en la producción de ROS debido a que ellas han sido vinculadas al daño celular y, finalmente, al de órganos y tejidos. Sin embargo al presente esta acción no es apoyada tan linealmente por diferentes investigaciones. Así por caso, Hekimi y colegas sostienen que la disfunción mitocondrial y la propia acción de señalización de las ROS pueden tener efectos positivos, ayudando incluso a prolongar la longevidad, actuando sobre otros componentes celulares a través de vías de señalización concretas (Hemiki S. Et al. Mitochondrial ROS and the Effectors of the Intrinsic Apoptotic Pathway in Aging Cells: The Discerning Killers! Frontier in Genetics 2016).

Vale recordar que las MIT producen ROS en función a que liberan electrones en las reacciones de resíntesis de ATP en el ciclo de Krebs y finalmente en el sistema transportador de electrones (STE). Interesantemente, se sabe que la falta de esa producción de oxidante mitocondrial acaba en un perjuicio a la célula porque afecta a la señalización de ellas por factores de crecimiento, y entre ellos de la insulina. Como si poco fuera, además se complica la síntesis de proteínas debido a que disminuye la formación de disulfuros, indispensables en este proceso (Yang Y. Song Y. Loscalzo J. Regulation of the protein disulfide proteome by mitochondria in mammalian cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007).

Es conocido que existe un límite en la producción de ROS mas allá del cual se tornan dañinas, lo que acaba por generar más especies reactivas terminando ello con una fuerte activación de vías apoptóticas o necróticas (Taylor ER. Hurrell F. Shannon RJ. Lin TK. Hirst J. Murphy MP. Reversible glutathionylation of complex I increases mitochondrial superoxide formation. J Biol Chem. 2003). De esta manera, en bajas concentraciones las ROS facilitan la señalización celular en tanto que su exceso tiene la potencialidad de alterar la función normal afectando con ello a componentes como los ácidos nucleicos y a macromoléculas como los lípidos y las proteínas. Así entonces puede afirmarse que la función normal de las células, y consecuentemente de órganos y tejidos, depende también del fino equilibrio entre la producción y eliminación de ROS.

Su acción sobre los lípidos en la membrana celular puede inducir la peroxidación de los mismos, causando cambios estructurales y funcionales de las mismas afectando así también a organelas intracelulares y constituyentes del plasma. Por otro lado, la oxidación y otras modificaciones de las proteínas acaban por alterar la funcionalidad de ellas, al punto de poder terminar esto en la pérdida de su actividad biológica (Roos G., Messens J. Protein sulfenic acid formation: from cellular damage to redox regulation. Free Radic. Biol. Med. 51 2011).

Quizás uno de los puntos de mayor interés en cuanto al efecto que el ejercicio puede tener sobre las MIT es el que se vincula a la denominada biogénesis mitocondrial. Se sabe al respecto que existen mecanismos para dirigir la síntesis de proteínas mitocondriales de acuerdo con las necesidades energéticas de la célula a través de ADN mitocondrial. En este punto, vale tener presente que la llamada biogénesis mitocondrial está regulada principalmente por el factor de transcripción PGC-1α, que a su vez está bajo el control de AMPK y Sirt1, dos moléculas de señalización activadas por las necesidades energéticas de la célula (Friedman J. R., Nunnari J., 2014. Mitochondrial form and function. Nature 505). Así, las actividades que involucran esencialmente al metabolismo oxígeno-dependiente son las que accionan sobre ambas moléculas pudiendo, según la intensidad y la duración del estímulo, favorecer la síntesis de proteína mitocondrial y con ello incrementar la cantidad de estas en la célula. Estas vías de señalización, justamente, afectan la favorablemente la longevidad y las respuestas al estrés.

Como se aprecia, es una lectura diminuta la de valorar a las MIT solo por su aporte energético. Su multiplicación por entrenamiento se torna una necesidad ineludible, incluso para garantizar la formación suficiente de radicales libres y por ello también de antioxidantes. En esta acción no solo se actúa sobre el rendimiento, también sobre la salud, calidad de vida y longevidad.