Biología-Molecular

Pequeño termómetro mide cómo las mitocondrias calientan la célula liberando energía de protones.

Armados con una pequeña sonda de termómetro nueva que puede medir rápidamente la temperatura dentro de una célula, los investigadores de la Universidad de Illinois han iluminado un aspecto misterioso del metabolismo: la generación de calor.

Las mitocondrias, las estaciones de energía de la célula, liberan ráfagas rápidas de calor al liberar la energía almacenada en una «batería» interna de protones, encontraron los investigadores. Según ellos, una mejor comprensión de este proceso podría apuntar a nuevos objetivos para tratar la obesidad y el cáncer.

«La producción de calor es parte del papel de las mitocondrias en el centro de la actividad del metabolismo», dijo Sinha. «Necesita producir la energía energética que se usa para las actividades en la célula, y el calor es uno de los subproductos, en la mayoría de los casos. Pero hay un mecanismo que puede acelerar este proceso para producir más calor cuando el cuerpo lo necesita». Eso es lo que hacen las células grasas cuando necesitan calor cuando la temperatura del cuerpo baja «.

Para comprender mejor este aumento de la producción de calor, los investigadores desarrollaron una pequeña sonda de termómetro de lectura rápida para medir internamente la temperatura dentro de las células vivas. El diseño mecánico resultó desafiante: tenía que ser lo suficientemente largo como para alcanzar una célula bajo un microscopio, pero lo suficientemente pequeño como para no dañar la célula o interrumpir sus procesos internos.

El grupo de Sinha colaboró ​​con investigadores del laboratorio de Rhanor Gillette, profesor emérito de fisiología molecular e integradora en Illinois, para probar la sonda en una cepa de neuronas ricas en mitocondrias. Indujeron que las mitocondrias produjeran calor utilizando métodos establecidos por trabajos previos, pero se sorprendieron por los rápidos cambios de temperatura que la sonda pudo medir.

«Encontramos algunos resultados que eran completamente diferentes de lo que se había publicado antes», dijo Manjunath Rajagopal, un estudiante graduado y primer autor del estudio. «Vimos un fuerte pico de temperatura que es significativamente grande y de corta duración: alrededor de 5 grados centígrados y menos de un segundo.

El estándar de oro para medir ha sido con fluorescencia, pero es demasiado lento para ver esta breve y alta explosión de calor. Solo con una simple sonda que mide a alta velocidad, hemos demostrado que podemos encontrar cosas que otros métodos han pasado por alto».

Los investigadores supusieron anteriormente que el aumento de la producción de calor de las mitocondrias provenía del aumento de la descomposición de la glucosa, pero los picos de calor que midió el grupo de Sinha fueron demasiado altos.

«No se puede liberar ese tipo de energía al metabolizar la glucosa almacenada. Simplemente no tenía sentido», dijo Sinha. «¿De dónde viene? Tiene que haber una fuente de esa energía».

Los investigadores determinaron que el pico de energía era consistente con la descarga de una batería celular alimentada por protones. Verificaron esto induciendo picos de temperatura similares con moléculas especiales que abren canales de proteínas en la membrana de las mitocondrias.

«En las mitocondrias, una parte de la reacción del metabolismo de la glucosa almacena parte de la energía como una batería de protones. Empuja a todos los protones hacia un lado de una membrana, lo que crea un depósito de energía», dijo Rajagopal. «Básicamente cortocircuitamos la energía almacenada».

Al grupo de Sinha le gustaría colaborar con los biólogos para estudiar cómo ocurre naturalmente el proceso en las células grasas cuando se necesita calor, cuando la temperatura del cuerpo baja, por ejemplo, y si las proteínas que liberan protones pueden ser un objetivo como tratamiento para la obesidad.

«El cáncer sería otra aplicación», dijo Rajagopal. «Las células cancerosas tienen una variedad de rutas metabólicas reprogramadas que a menudo son conducidas a extremos. Esta sonda nos proporciona una herramienta para estudiar la actividad térmica asociada con diferentes rutas metabólicas».

Mayor información en: Manjunath C. Rajagopal, Jeffrey W. Brown et al «Transient heat release during induced mitochondrial proton uncoupling» Communications Biology, Published: 26 July 2019.

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