A Nivel Celular Mostramos Sorprendentes Habilidades

El ganador del premio Nobel de Medicina o Fisiología del año 2016 fue el investigador japonés Yoshinori Ohsumi, por sus trabajos sobre el tema de la autofagia.

                                          Fotografía tomada de "Los Ángeles Times"

La autofagia es un proceso catalítico mediante el cual la célula destruye por asimilación estructuras y moléculas que ya no son útiles, o si sobrepasan los niveles óptimos en cuanto a número, o si provienen de un cuerpo ajeno, logrando con ello, en primera instancia el reciclaje de los componentes celulares, y en segundo lugar mantener el equilibrio de la célula, llamado homeóstasia.

Se debe al bioquímico y citólogo belga Christian De Duve (1917-2013) la denominación al proceso con este nombre (1963), él ganó el Nobel de Medicina en 1974 junto con Albert Claude (1899-1983) y George Palade (1912-2008) por sus estudios sobre la organización estructural y funcional de la célula, descubrió los lisosomas, orgánulos que digieren los desechos celulares, están llenos de enzimas hidrolíticas, de las que se han identificado más de cuarenta distintas, que se ha descubierto sirven a la célula para “digerir” las macromoléculas de proteínas, lípidos y azúcares. Ahora se sabe que los lisosomas desempeñan un papel esencial en la lucha del organismo al combatir bacterias.

En la década de 1990, con la identificación en las levaduras de los genes relacionados con la autofagía, la investigación se renovó. En el año de 1988, el ahora ganador del premio Nobel, encontró que la autofagía también se presenta en las levaduras y logró descubrir el mecanismo que la regula, la estructura genética que les impulsa y comprobó que eran similares a las de las células animales, entre ellas las del hombre.

Las eucariotas, en el cual el citoplasma, incluyendo el exceso de orgánulos o aquellos deteriorados o aberrantes, son secuestrados en vesículas de doble membrana y liberados dentro del lisosoma en células animales o vacuola en células vegetales, para su descomposición y eventual reciclado de las macromoléculas resultantes.

Este proceso juega un papel esencial en la adaptación, ante la falta de alimento, y a las condiciones ambientales cambiantes, a la remodelación celular durante el desarrollo y acumulación de orgánulos alterados hiper generadores de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las células en envejecimiento.

Se forman las vesículas de doble membrana que se llaman “autofagosomas” que capturan material citoplásmatico y lo transportan hasta los compartimentos acídicos (vacuolas en el caso de levaduras o lisosomas en el caso de células animales), donde son degradados por las enzimas hidrolíticas.

Una vez que los "autofagosomas" se han fusionado con los lisosomas, las vesículas resultantes (ya de membrana simple) pasan a denominarse autolisosomas.

En mamíferos, la autofagia es un evento constitutivo que regula crecimiento celular, desarrollo y homeostasis. Mientras que en levaduras, la autofagia es inducida bajo condiciones de estrés celular, tales como falta de nutrientes, incremento de temperatura o estrés oxidativo.

Los estudios más recientes apuntan que la autofagia, además de constituir un proceso reparativo, está implicado en fenómenos de muerte celular. Estos fenómenos han sido denominados "procesos de muerte tipo II" (no apoptótica). Ayudan a la desintegración celular al morir éstas.

Diagrama tomado de Sociedad Española Bioquímica y Biología Molecular

Mecanismo molecular.

En levaduras, los genes que participan en la autofagía son denominados Atg(1-16) y la mayoría de ellos cuenta con sus respectivos genes ortólogos en células de plantas, mamíferos y protistas.

Los "autofagosomas" en levaduras tienen un diámetro de trescientos a novecientos nanómetros, mientras que en células de mamífero son mayores (de un mil a un mil quinientos nanómetros).

La biogénesis de estas vesículas es regulada por dos sistemas denominados UBL (ubiquitin like systems). El primer sistema conjuga Atg5 con Atg12, formando el complejo Atg5-Atg12.

El segundo conjuga a Atg8 con fosfatidiletanolamina, esta modificación permite que una proteína citosólica como Atg8 se una a la membrana de los autofagosomas hasta que estos son degradados, haciendo de Atg8 el marcador autofagosomal por excelencia. La fosfolipidacion de Atg8 es regularmente monitoreada por “Western blot” utilizando geles de poliacrilamida suplementados con 6M de urea, en los cuales se puede diferenciar perfectamente la proteína de membrana de la citosólica.

Antes de todos estos avances se pensaba que los lisosomas eran solamente un lugar de desechos, ahora se les mira como una planta de reciclaje para las proteínas dañadas o antiguas, y se vuelven utilizables de nuevo, al transformarlas en aminoácidos, la materia prima que sirven para producir nuevas proteínas.

Se explica ahora que cuando la Autofagia no se realiza adecuadamente, podrán aparecer enfermedades que afecten seriamente al organismo, para los humanos se menciona el Alzheimer, Cáncer, Parkinson y Diabetes tipo 2.

Y ahora descripciones más amplias:

Catabolismo

El catabolismo es la parte del proceso metabólico que consiste en la transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento adecuado de la energía química desprendida en forma de enlaces de alta energía en moléculas de adenosín trifosfato.

Metabolismo

Es la característica que tienen los seres vivos de modificar químicamente la naturaleza de ciertas sustancias.

Es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico químicos que ocurren en una célula y en el organismo.

Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida, a escala molecular y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras y responder a estímulos, entre otras actividades.

Se divide en dos procesos conjugados: el catabolismo y el anabolismo.

Las reacciones catabólicas liberan energía y las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esa energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como las proteínas y los ácidos nucleicos.

El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados puesto que uno depende del otro.

Apoptosis

Es una muerte celular programada, provocada por el mismo organismo y está controlada genéticamente.

Western blot

Técnica analítica utilizada en Biología celular y molecular para identificar proteínas específicas en una mezcla de proteínas.