La comprensión de las "redes eléctricas" mitocondriales aumenta la comprensión del músculo cardíaco

Un nuevo estudio revela más ideas sobre cómo funcionan las "redes de energía" eléctricas de las mitocondrias interconectadas dentro de las células del músculo cardíaco. Muestra que la red de una celda comprende varias subredes más pequeñas y un mecanismo que actúa de manera similar a un interruptor de circuito. Estas características permiten que la grilla continúe apoyando a la célula al limitar la propagación de fallas locales como la degradación de las mitocondrias relacionadas con la enfermedad.
Los investigadores utilizaron imágenes de alta resolución para observar las mitocondrias en una sola célula cardíaca; las que se resaltaron en rojo en esta imagen se expusieron a la luz ultravioleta.
Imagen: NHLBI

El estudio es el trabajo de un equipo de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) en Bethesda, MD, y se publica en la revista Informes de células.

El autor principal, el Dr. Brian Glancy, del Muscle Energetics Laboratory en el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre (NHLBI) de los NIH, y sus colegas creen que sus hallazgos brindan pistas importantes sobre cómo funciona el corazón y el músculo esquelético sanos y enfermos.

Tal conocimiento, dicen, podría aumentar la comprensión de condiciones tales como enfermedades mitocondriales, enfermedad cardíaca y distrofia muscular.

Las células musculares deben proporcionar mucha energía para potenciar el movimiento de los músculos que realizan una serie de funciones, desde mover los brazos y las piernas hasta bombear el corazón.

Para suministrar esta energía, las células musculares contienen muchos compartimentos pequeños, u organelos, llamados mitocondrias, que los científicos a menudo describen como los "centros neurálgicos" de las células.

Las mitocondrias forman una "red eléctrica" ??celular

Las mitocondrias son organelos especializados que convierten los azúcares, las grasas y otros nutrientes en moléculas ricas en energía, particularmente una conocida como adenosina trifosfato (ATP).

Las mitocondrias tienen algunas características inusuales. Por ejemplo, tienen dos membranas circundantes y su propio código genético que está separado del contenido en el ADN en el núcleo de la célula.

También se dividen independientemente de la célula; su tiempo y tasa de replicación no están acoplados a los de la célula.

Para producir ATP, las mitocondrias dependen de sus dos membranas: una externa que tiene agujeros lo suficientemente grandes para que los iones puedan atravesar, y otra interna que es menos permeable.

Estas y otras diferencias entre las dos membranas permiten a las mitocondrias mantener una diferencia de voltaje que actúa como un depósito temporal de energía (muy parecido a una batería) que es esencial para la producción de ATP, a través de un proceso llamado fosforilación oxidativa. .

Sin embargo, después de usar imágenes tridimensionales de alta resolución para examinar las mitocondrias dentro de las células del músculo esquelético del ratón, el mismo equipo NIH informó un estudio pionero, publicado en 2015, que convirtió en su cabeza algunas de las opiniones más antiguas sobre las mitocondrias: el químico la difusión de ATP no fue el único medio de distribución de energía en las células.

En ese estudio, el equipo reveló que la energía eléctrica almacenada en el voltaje a través de las dos membranas de las mitocondrias era una fuente primaria de energía en la célula y "la vía dominante para la distribución de la energía del músculo esquelético". El estudio estableció la idea de que las mitocondrias actúan como una "red eléctrica" ??dentro de la célula.

La red eléctrica mitocondrial tiene características de seguridad incorporadas

En el nuevo estudio, el Dr. Glancy y sus colegas profundizan los hallazgos anteriores y muestran que la red de energía mitocondrial tiene características de seguridad incorporadas que permiten que la célula continúe funcionando si una parte de la red desarrolla una falla.

Nuevamente, con la ayuda de imágenes en 3-D de alta resolución y sondas activadas por luz, y trabajando con el músculo cardíaco del ratón y las células del músculo esquelético, el equipo descubrió que las redes eléctricas dentro de estas células comprenden subredes de mitocondrias que están conectadas a través de "intermitocondriales". uniones, "que actúan de manera similar a los interruptores de circuito.

Los investigadores encontraron que esta disposición permite que las mitocondrias defectuosas se "separen eléctricamente de la red en segundos", asegurando así la integridad de la red general para que pueda seguir suministrando energía a la célula.

Los investigadores comparan el proceso con el de la red eléctrica de una ciudad. Cuando cae un rayo, las luces pueden parpadear en toda la ciudad durante uno o dos segundos, pero gracias a la disposición de interruptores y subredes, la red se recupera rápidamente y la pérdida de potencia se limita a una pequeña parte de la red. Ellos concluyen:

"Este sistema de protección de red mitocondrial limita la propagación de fallas locales y permite la recuperación rápida de mitocondrias en buen estado para mantener la función celular".

Aprenda cómo la inflamación puede convertir las mitocondrias en fábricas tóxicas.

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