Necesidades energeticas de las celulas

Trifosfato de adenosina

En presencia de pirofosfato, la pirofosfatasa NUDIX5 puede utilizar ADP-ribosa para generar ATP nuclear, que es esencial para la remodelación de la cromatina inducida por hormonas, la regulación transcripcional y la proliferación celular. [Roni Wright/CRG]

Las necesidades energéticas cotidianas de la célula se satisfacen con moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) procedentes de las mitocondrias. Pero en circunstancias extraordinarias, existen fuentes alternativas de ATP. Por ejemplo, en las células cancerosas de rápida proliferación, el ATP puede generarse en el citoplasma. Dado que el ATP alternativo puede utilizarse para alimentar las células cancerosas, corre el riesgo de adquirir mala fama. Sin embargo, el ATP alternativo también puede ser útil.

Según un nuevo estudio del Centro de Regulación Genómica (CRG) de España, las células en dificultades pueden generar ATP nuclear. Estas células, si sufren grandes daños en el ADN o reciben señales de amenazas externas, pueden activar una vía alternativa de generación de ATP que sirva de apoyo a reparaciones de emergencia o a respuestas reguladoras que requieran una gran remodelación de la cromatina.

Orgánulos celulares

Todos los organismos vivos necesitan energía para llevar a cabo sus procesos vitales. La energía, como aprendiste anteriormente en el capítulo sobre enzimas, es la capacidad de realizar un trabajo o de crear algún tipo de cambio. Conoces o has aprendido sobre muchos procesos que pueden requerir energía:

Al igual que los seres vivos deben consumir continuamente alimentos para reponer sus reservas de energía, las células deben producir continuamente más energía para reponer la utilizada por las muchas reacciones químicas que requieren energía y que tienen lugar constantemente. El conjunto de todas las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células, incluidas las que consumen o generan energía, se denomina metabolismo celular.

Una célula viva no puede almacenar cantidades significativas de energía libre. La energía libre es la energía que no está almacenada en moléculas. Un exceso de energía libre provocaría un aumento del calor en la célula, lo que desnaturalizaría las enzimas y otras proteínas, y destruiría la célula. En cambio, una célula debe ser capaz de almacenar energía de forma segura y liberarla para utilizarla sólo cuando sea necesario. Las células vivas lo consiguen mediante el ATP, que puede utilizarse para cubrir cualquier necesidad energética de la célula. ¿Cómo? Funciona como una batería recargable.

Organelos

Fig. 1Fluorescencia y características de crecimiento del reportero HC-M ATP en medios ricos y mínimos. a, b Dinámica celular normalizada de la GFP [% (GFP/OD)] (a) y crecimiento (b) de E. coli portadora del reportero HC-M ATP cultivada en medio rico. c, d Dinámica celular normalizada de la GFP [% (GFP/OD)] (c) y crecimiento (d) de E. coli portadora del reportero HC-M ATP cultivada en medio mínimo. La cepa E. coli NEB 10-beta con el reportero HC-M ATP se cultivó en medio rico en EZ con 5 mM de glucosa o en medio mínimo MOPS con 10 mM de glucosa. Las bacterias se cultivaron en placas negras de 96 pocillos con agitación. La GFP (ex485/em528) y la DO600 se midieron con un lector de microplacas (Molecular Devices, Inc.). Las señales de GFP celular, GFP/OD, se normalizaron por sus propios valores máximos de GFP/OD (100%). Cada punto de datos es el valor medio de al menos tres experimentos independientes. Las desviaciones estándar fueron pequeñas (< 15% de la media) y no se muestranImagen a tamaño completoCorrelación de las medidas del reportero rrnB P1-GFP con los niveles de ATP en E. coli

A continuación evaluamos el rendimiento del seguimiento del ATP del reportero HC-M en E. coli cultivada en el medio mínimo y en el medio rico. Las señales celulares de GFP durante el crecimiento en diferentes puntos temporales se midieron mediante citometría de flujo; el ATP en cada muestra de cultivo se midió utilizando un ensayo comercial de luciferasa y se convirtió en concentración celular tal y como se describe en la sección “Métodos”. Se observó que el reportero HC-M seguía fielmente la pista del ATP celular durante las fases de crecimiento retardado, exponencial y estacionario, tanto en medio mínimo como en medio rico (Fig. 2a,b). Tanto los niveles de GFP como de ATP aumentaron rápidamente en las células después de la siembra en el medio fresco y luego se mantuvieron en un estado estable durante la fase exponencial, seguido de una rápida caída de ambas señales a un nivel basal en la fase estacionaria (Fig. 2a-d). Se observaron buenas correlaciones lineales entre los valores de ATP celular y GFP tanto para el medio mínimo (R2 = 0,9271) como para el medio rico (R2 = 0,9303) (Fig. 2e, f). Nuestros resultados validan que el reportero de ATP HC-M es capaz de rastrear fielmente el ATP celular a través de diferentes fases de crecimiento.

Procesos celulares corporales que requieren energía

Las células, como los humanos, no pueden generar energía sin localizar una fuente en su entorno. Sin embargo, mientras que los humanos buscan sustancias como los combustibles fósiles para alimentar sus hogares y negocios, las células buscan su energía en forma de moléculas alimenticias o luz solar. De hecho, el Sol es la fuente de energía definitiva para casi todas las células, ya que los procariotas fotosintéticos, las algas y las células vegetales aprovechan la energía solar y la utilizan para fabricar las complejas moléculas alimentarias orgánicas de las que dependen otras células para obtener la energía necesaria para mantener el crecimiento, el metabolismo y la reproducción (Figura 1).

Los nutrientes celulares se presentan en muchas formas, como azúcares y grasas. Para proporcionar energía a una célula, estas moléculas tienen que atravesar la membrana celular, que funciona como una barrera, pero no infranqueable. Como las paredes exteriores de una casa, la membrana plasmática es semipermeable. Del mismo modo que las puertas y ventanas permiten que entren en la casa las cosas necesarias, varias proteínas que atraviesan la membrana celular permiten que moléculas específicas entren en la célula, aunque pueden requerir cierto aporte de energía para llevar a cabo esta tarea (Figura 2).