Motores del pensamiento

Las neuronas cuentan con vehículos a motor para el transporte de moléculas

Estamos bien familiarizados con la transformación de energía química en energía mecánica. Dicha transformación sucede cada vez que encendemos el motor de un vehículo a base de gasoil o gasolina. Los gases producidos en la combustión, en su expansión, empujan los émbolos de los cilindros del motor, movimiento que se transmite a las ruedas.

La transformación de energía química en mecánica sucede también cada vez que movemos un músculo. La energía química extraída de la oxidación de los alimentos es almacenada en una “moneda universal de energía celular”, la molécula llamada adenosín trifosfato, más conocida como ATP. Esta molécula es la utilizada por las células para impulsar todos los procesos vitales que requieren energía. La vida de la célula, y la nuestra, depende, por tanto, de la adecuada producción de esta molécula.

Las células utilizan dos procedimientos para generarla. El primero es la llamada glucolisis, un conjunto de reacciones químicas que oxidan parcialmente la glucosa. La glucolisis no necesita oxígeno para esta oxidación, lo que, aunque conlleva ciertas ventajas, impide extraer toda la energía, por lo que solo se producen dos moléculas de ATP por molécula de glucosa. Este proceso se lleva a cabo en el citoplasma de la célula.

El segundo procedimiento de generación de ATP se lleva a cabo en orgánulos celulares especializados: las llamadas mitocondrias. Las mitocondrias sí utilizan oxígeno para la generación de ATP a partir de la oxidación de la glucosa, por lo que pueden extraer toda la energía almacenada en dicha molécula. Se generan así entre 29 y 30 moléculas de ATP por molécula de glucosa, dependiendo de las circunstancias que afecten al desarrollo del proceso.

GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN

Sin embargo, no solo la eficiencia de producción energética es importante, sino también la eficiencia en la distribución, es decir, en llevar la energía donde deba ser utilizada. Nuestras sociedades modernas también utilizan una moneda universal de energía: la energía eléctrica, la cual debe ser producida a partir de otros tipos de energía (térmica, química, hidrodinámica, etc.) y distribuida. Es más eficiente producir energía eléctrica en una central y transportarla a ciudades y pueblos que producirla de manera individual en los domicilios de cada cual. Esto, no obstante, sería posible si cada domicilio contara con un grupo electrógeno. Esta forma de generar energía eléctrica no resulta eficiente, pero es la única posible en el caso de lugares lejanos o aislados –una casa en el bosque o en la montaña–, donde resulta muy caro o difícil transportar la energía generada en las centrales eléctricas.

Algunas células deben también enfrentarse al dilema de generación centralizada o descentralizada de energía. Una de ellas es la neurona, la cual cada vez tiene menos importancia, excepto para los amantes de la cultura y de la ciencia. Al fin y al cabo, esta célula es solo el motor del pensamiento y las ideas.

Ciertas neuronas son las células más largas del universo conocido. Los axones neuronales pueden alcanzar metros de longitud en el caso de los animales de mayor tamaño. Los axones son los encargados de transportar las señales generadas por una neurona a las células vecinas, sean estas otras neuronas, células musculares, etc.

Para su funcionamiento adecuado, los largos axones necesitan disponer de las moléculas precisas que deben ser liberadas en las sinapsis, sustancias que necesitan ser transportadas hasta el término del axón. Por ello, las neuronas cuentan con sistemas que transportan moléculas desde el centro de la célula, donde se producen, hasta el final del axón, y de regreso, para su reciclado.

VEHÍCULOS A MOTOR

El transporte se realiza por unos vehículos moleculares que se deslizan sobre los llamados microtúbulos celulares, los cuales forman una especie de autopista proteica en el interior de las neuronas que atraviesa los axones de principio a fin. Estos vehículos necesitan, como todos, energía para desplazarse, la cual extraen de la molécula de ATP, de la que consumen grandes cantidades.

Para suministrar ATP a estos motores tenemos, como en el caso de la electricidad, dos soluciones: generar ATP de manera centralizada en las mitocondrias y transportarla hasta los sitios donde se requiere, o generarla en el sitio donde debe ser usada, aunque no pueda ser producida con la misma eficiencia que en la mitocondria. La mejor solución será la que, en conjunto, requiera menos energía o permita el mejor aporte de la misma.

Hasta la fecha, se pensaba que las neuronas generaban el ATP que necesitan casi exclusivamente en las mitocondrias, desde las cuales se transportaba por difusión hasta los axones. Sin embargo, algunas evidencias contradecían esta hipótesis como, por ejemplo, que la inhibición del funcionamiento de las mitocondrias mediante fármacos no impedía el transporte en los axones.

En una serie de elegantes estudios, un grupo de investigadores demuestra que los motores de los vehículos transportadores de los axones cuentan con la maquinaria química necesaria para generar su propio ATP a partir de la glucolisis. En esta maquinaria participa también la proteína Huntingtina, cuya producción defectuosa está involucrada en la enfermedad de Huntington, que causa invariablemente la muerte.

Estos estudios, publicados en la revista Cell, desvelan algunos misterios, como por qué las neuronas son las mayores consumidoras de glucosa del organismo. Igualmente, desvelan nuevos datos sobre las causas moleculares de algunas enfermedades neurodegenerativas, lo que tal vez contribuirá en el futuro a encontrarles remedio.