Al probar una teoría que se propuso por primera vez hace casi 40 años, los investigadores han confirmado una nueva forma en que las células conservan la energía.
El estudio, dirigido por William Metcalf, G. William Arends Profesor de Biología Molecular y Celular y líder del tema de investigación Genomas Microbianos Mineros en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois, fue publicado en mBio y brinda a los científicos una mejor comprensión de cómo los organismos conservan la energía y funcionan como parte del ciclo global del carbono.
Todos los organismos vivos necesitan conservar energía para moverse, crecer y reproducirse. Las células conservan energía creando una molécula llamada ATP, y generalmente lo hacen creando un gradiente químico a través de su membrana celular, lo que les da la energía para crear ATP.
Hay varias formas de hacer este gradiente: las plantas usan energía de la luz a través de la fotosíntesis, y los humanos y los animales usan energía química. Estos métodos se han estudiado a fondo, pero en 1981, un científico llamado Harry Peck propuso otro método para la conservación de la energía:un proceso llamado ciclo de hidrógeno.
El hidrógeno puede moverse fácilmente a través de las membranas celulares. Peck propuso que el hidrógeno en la célula podría difundirse hacia el exterior de la célula, donde las enzimas lo recuperarían y producirían iones de hidrógeno, lo que crearía el gradiente químico necesario para conservar energía.
La teoría fue ampliamente criticada. Los críticos dijeron que sería demasiado difícil para la célula recuperar el hidrógeno de esta manera.
"Nadie realmente lo creía", dijo Metcalf. "La mayoría de la gente realmente tenía mucho escepticismo al respecto".
Entonces, hace ocho años, Metcalf y su laboratorio estudiaban organismos productores de metano, que utilizan gas hidrógeno para crecer. Estos organismos utilizan un conjunto de enzimas llamadas hidrogenasas para crear y consumir hidrógeno.
Metcalf y su laboratorio comenzaron a crear mutantes de estas hidrogenasas y descubrieron que cuando el gen para las hidrogenasas se desactivaba, las células morían, pero estas células también comenzaron a producir grandes cantidades de hidrógeno.
"Esto nos llevó a la idea de que lo que nuestras células productoras de metano estaban haciendo realmente era un ciclo de hidrógeno", dijo Metcalf. "Esta idea que Harry Peck propuso en los años 80 que nadie creía realmente era probablemente cierta".
Otros experimentos mostraron que las células murieron porque habían perdido la capacidad de recuperar hidrógeno.
"Podríamos demostrar que cuando se pierde la capacidad de recapturarlo, no solo las células mueren, sino que secretan grandes cantidades de hidrógeno", dijo Metcalf. "Realmente es la primera evidencia experimental que demuestra de manera convincente que el ciclo del hidrógeno esun mecanismo para la conservación de energía "
Después de años de críticas, se demostró que la idea de Peck era correcta, al menos para estas células productoras de metano. Sin embargo, Metcalf dijo que el ciclo del hidrógeno es probablemente común en otros organismos.
"No solo Harry Peck tenía razón, sino que probablemente sucede todo el tiempo en la naturaleza", dijo. "Y simplemente se ha enmascarado por el hecho de que ... en muchos casos las mutaciones son letales, por lo que no había manerapara que la gente pruebe que ocurrió ".
También era indetectable porque las células tienen un método de respaldo para conservar energía si no pueden hacer ciclos de hidrógeno, lo que las mantiene vivas.
"Preferirían hacer ciclos de hidrógeno, pero tienen alternativas", dijo Metcalf. "Y por estas dos razones, este mecanismo interesante para la conservación de energía, lo que todas las células quieren hacer, es esconderse a simple vista""
Metcalf dijo que comprender este mecanismo es crucial porque los organismos que hacen el ciclo del hidrógeno son actores clave en el ciclo global del carbono. Si los científicos quieren comprender el equilibrio de elementos y moléculas en el medio ambiente, también necesitan comprender los mecanismos básicos.
"Esta es una pieza clave de conservación de energía y, por lo tanto, cómo estos organismos se adaptan y crecen", dijo. "Llena un vacío de conocimiento sobre cómo funcionan estos organismos".
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Materiales proporcionado por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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