A todos nos suena esa frase de que las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula. Está en los libros del colegio (aunque probablemente mal descrito), en las explicaciones rápidas sobre biología, en memes y camisetas. Pero ¿alguna vez te has preguntado cómo producen exactamente esa energía? Hasta ahora, incluso la ciencia tenía solo piezas sueltas del rompecabezas. Lo sabíamos en teoría, pero no habíamos logrado verlo con claridad total dentro de una célula viva. Eso ha cambiado.
Un grupo de científicos del Biozentrum de la Universidad de Basilea ha conseguido algo extraordinario: observar con un nivel de detalle sin precedentes la estructura de los complejos mitocondriales responsables de producir energía. Gracias a una técnica de imagen revolucionaria, han capturado las primeras imágenes en 3D y alta resolución de estos sistemas funcionando en su entorno natural. Lo que han encontrado no solo es fascinante a nivel visual, sino que revela pistas cruciales sobre por qué nuestras células son tan eficientes generando energía.
Así es como producen energía las mitocondrias
Las mitocondrias tienen una tarea fundamental: generar ATP, la molécula que suministra energía a todas las funciones celulares. Para hacerlo, utilizan una serie de proteínas especializadas llamadas complejos respiratorios. Estos complejos actúan como estaciones de paso: reciben electrones, bombean protones y crean una diferencia de concentración que impulsa la producción de ATP.
Lo realmente interesante es que estos complejos no están aislados, sino que se organizan formando supercomplejos conocidos como respirasomas. La existencia de estas estructuras ya se había sugerido en estudios previos, pero hasta ahora, solo se habían observado en laboratorios tras extraer y purificar las mitocondrias, lo que alteraba su estado natural.
Gracias a la criotomografía electrónica, el equipo liderado por Florent Waltz y Ben Engel ha podido observar estos supercomplejos directamente en células vivas de la alga Chlamydomonas reinhardtii. Así han comprobado que los complejos I, III y IV se ensamblan formando un único tipo de respirasoma con una estructura repetida y sorprendentemente organizada: dos monómeros de complejo I, cuatro de complejo III y seis de complejo IV (I₂ III₄ IV₆).
Una técnica de imagen que cambia las reglas del juego
Para lograr esta hazaña, los investigadores usaron una técnica que parece sacada de ciencia ficción: la criotomografía electrónica con haces de iones enfocados. En palabras sencillas, congelan células vivas tan rápido que el agua no se cristaliza, y luego usan un microscopio electrónico para observar finísimas secciones tridimensionales de sus estructuras internas.
Este proceso permitió visualizar el interior de las mitocondrias con una resolución de hasta 5,4 angstroms, lo suficientemente alta para distinguir la posición de proteínas individuales. Como explican en el estudio, “el análisis de la estructura del respirasoma nos permitió determinar que está compuesto por dos monómeros del complejo I, dos dímeros del complejo III y seis monómeros del complejo IV”.
Este nivel de detalle no solo es impresionante visualmente. Es clave para entender cómo los electrones y protones fluyen entre los complejos, cómo se transfiere la energía y cómo se organiza el espacio dentro de las mitocondrias para que nada se desperdicie.
Una arquitectura energética eficiente y precisa
El descubrimiento de este respirasoma específico en Chlamydomonas revela un diseño molecular muy eficiente. Los supercomplejos están alineados de manera que optimizan el flujo de electrones y protones, y esto probablemente ayuda a reducir la pérdida de energía y prevenir la formación de radicales libres dañinos.
Según los investigadores, “esta arquitectura podría hacer que la producción de ATP sea más eficiente, optimizar el flujo de electrones y minimizar la pérdida de energía”. Y lo más interesante: parece que estas estructuras no están allí solo por eficiencia, sino también por estabilidad y organización. El complejo I, por ejemplo, no se observa nunca de forma aislada en el estudio, lo que sugiere que se ensamblan directamente como parte del supercomplejo.
Además, han encontrado que las proteínas respiratorias están segregadas en diferentes dominios de la membrana interna mitocondrial, mientras que las ATP sintasas (las verdaderas fábricas de ATP) se agrupan en las puntas de las crestas mitocondriales. Esto crea un paisaje molecular donde la topografía física favorece la producción de energía.
¿Qué aporta este hallazgo a la ciencia y la medicina?
Saber cómo están organizados estos supercomplejos in situ es mucho más que una curiosidad estructural. Puede tener implicaciones profundas en medicina y biotecnología. Muchas enfermedades están relacionadas con el mal funcionamiento mitocondrial, y uno de los desafíos ha sido entender qué exactamente falla a nivel de organización interna.
El hecho de que ahora se pueda observar la arquitectura funcional de la mitocondria en su entorno natural abre la puerta a nuevas estrategias terapéuticas. Por ejemplo, modular la formación de supercomplejos podría convertirse en una vía para restaurar la eficiencia energética en células enfermas, o para prevenir el exceso de especies reactivas de oxígeno que dañan el ADN.
Por otro lado, en biotecnología, entender cómo estos supercomplejos logran una eficiencia casi perfecta podría inspirar nuevos diseños en sistemas artificiales de generación de energía o en bioprocesos industriales que imiten esta organización.
¿Es este respirasoma único o parte de un catálogo más amplio?
Uno de los hallazgos más intrigantes del estudio es que la estructura observada en Chlamydomonas es distinta de las que se han descrito en animales, plantas o levaduras.En el artículo se afirma claramente que “el respirasoma I₂ III₄ IV₆ tiene una organización distinta de los complejos respiratorios descritos previamente en otros organismos”.
Esto sugiere que la naturaleza no tiene un único diseño universal para la maquinaria energética celular. Cada especie puede ajustar esta arquitectura según sus necesidades metabólicas, y ese ajuste podría explicar la diversidad de formas y comportamientos mitocondriales observados en diferentes organismos.
Los autores también destacan que esta es, hasta la fecha, la única estructura completa de respirasomas obtenida dentro de células vivas, lo que convierte este trabajo en un hito para la biología estructural.
Referencias
- Florent Waltz, Ricardo D. Righetto, Ron Kelley, Xianjun Zhang, Martin Obr, Sagar Khavnekar, Abhay Kotecha, Benjamin D. Engel. In-cell architecture of the mitochondrial respiratory chain. Science (2025). https://doi.org/10.1126/science.ads8738
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