L'intelligenza delle cellule per estrarre l'energia

Nuove prove sperimentali hanno confermato la correttezza di un modello proposto nel 2008 per spiegare alcuni meccanismi finora non chiariti nel funzionamento mitocondri. Il risultato viene riferito in un articolo apparso sulla rivista “Science” a firma di José Antonio Enríquez, del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares, in Spagna. In particolare, è confermata l'idea che le macchine molecolari implicate nell'estrazione dell'energia dai nutrienti possono legarsi in modo dinamico a formare "supercomplessi respiratori".

I mitocondri sono organelli presenti all'interno delle cellule e rappresentano le centrali energetiche della vita, poiché sono deputate all'estrazione dell'energia dai nutrienti e della sua conversione in una forma che le cellule possono utilizzare per il loro funzionamento.

Le ricerche di biologia cellulare degli ultimi decenni hanno chiarito molti aspetti del funzionamento dei mitocondri. Nel modello corrente, l'energia che deriva dalla rottura dei legami chimici delle molecole dei nutrienti viene immagazzinata temporaneamente in forma di elettroni ad alta energia in due tipi di molecole, denominate N e F, le cui proporzioni variano in funzione della stessa fonte di nutrienti.

A questo punto occorre l'intervento di cinque macchine molecolari, chiamate, rispettivamente, I, II, III, IV e V, per convertire l'energia immagazzinata nelle molecole N e F nella fonte universale di energia per i tessuti biologici: la molecola di ATP. Nella visione accettata finora, si riteneva che questi complessi vagassero liberamente nella membrana interna dei mitocondri, senza interagire tra loro.

Rappresentazione artistica di un mitocondrio, organello che ha la funzione di "centrale energetica" della cellula. il nuovo studio ha modificato il modello di funzionamento del suo complesso macchinario molecolare

Questo modello pur essendo valido per molti aspetti, non è in grado di spiegare per esempio i sintomi che insorgono in caso di patologie di questi organelli. Per questo motivo il gruppo di Enríquez propose nel 2008 una revisione di alcuni particolari aspetti che riguardano proprio le macchime mlecolari.

“I cinque complessi non si muovono sempre in modo indipendente sulla membrana”, ha spiegato Enríquez. “Al contrario, si legano a formare diverse strutture chiamate supercomplessi respiratori. Il nostro studio mostra le conseguenze funzionali di queste interazioni”.

In quest'ultimo studio, il modello teorico ha trovato una piena conferma sperimentale. In particolare, viene dimostrato che queste associazioni non sono fisse ma dinamiche, e si modificano per ottimizzare l'estrazione dell'energia dalle molecole N e F in funzione della loro abbondanza relativa, che a sua volta riflette la composizione dei cibi consumati.

“Il sistema per ottimizzare l'estrazione dell'energia dalle molecole di nutrienti è molto più versatile di quanto ritenuto finora”, ha concluso Enríquez. “Esso può essere modulato in modi inaspettati al fine di regolare la composizione dietetica dei nutrienti o la funzione specializzata di particolari tipi di cellule".