Cómo las mitocondrias deciden el destino de la energía celular y qué ocurre cuando ese equilibrio se altera

El metabolismo humano no responde a un único mecanismo: es la suma de los procesos con los que decenas de billones de células administran los nutrientes, producen energía y fabrican los componentes que necesitan para funcionar.

Esa mirada, planteada por el bioquímico Jared Rutter, permite vincular el trabajo de las mitocondrias con enfermedades como el cáncer, la insuficiencia cardíaca, el envejecimiento y algunos trastornos metabólicos.

Rutter, profesor de Bioquímica de la Universidad de Utah e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, explicó en el podcast Huberman Lab que las mitocondrias cumplen tareas que exceden la producción de ATP, la molécula que aporta energía inmediata a las células.

“El metabolismo de nuestro cuerpo es en realidad la suma total del metabolismo de cada una de nuestras células”, afirmó Rutter. Cada tipo celular recibe nutrientes y señales hormonales, como la insulina o el glucagón, y utiliza esos recursos de acuerdo con su función.

Una célula del corazón, por ejemplo, requiere ATP de forma constante para mantener las contracciones. En cambio, una célula madre del intestino debe producir proteínas, lípidos, ADN y otras estructuras para renovar el revestimiento intestinal. El destino de los nutrientes define, en parte, si la célula prioriza el gasto energético o la formación de biomasa.

El piruvato funciona como una bifurcación entre producir ATP y fabricar componentes celulares

La glucosa que ingresa en las células atraviesa una secuencia de reacciones químicas conocida como glucólisis. Uno de sus productos es el piruvato, una molécula que representa un punto de decisión para el metabolismo celular.

Según Rutter, el piruvato puede ingresar en la mitocondria y oxidarse para extraer energía y producir ATP. También puede destinarse a procesos que aportan material para fabricar nuevas estructuras celulares. “La comida puede convertirse en energía o en bloques de construcción para formar una nueva célula o reparar una célula dañada”, señaló.

El investigador participó en la identificación de dos proteínas, MPC1 y MPC2, que forman el denominado transportador mitocondrial de piruvato. Su función consiste en permitir el ingreso del piruvato a la mitocondria. El hallazgo se publicó en 2012, tras estudios en levaduras, moscas de la fruta y células humanas.

La relevancia de ese mecanismo se observó en modelos animales. Indicó que los embriones de ratón que carecen de ese sistema no sobreviven hasta el nacimiento. Cuando la alteración se limita al corazón, los animales desarrollan un aumento patológico de tamaño de ese órgano y, con el tiempo, insuficiencia cardíaca.

“En lugar de utilizar la glucosa para quemarla y hacer ATP, esas células empiezan a fabricar biomasa. Crecen”, explicó. En el músculo cardíaco, esa elección altera la estructura del órgano y afecta su capacidad de bombear sangre.

El cáncer reorienta el metabolismo para crecer

El vínculo entre cáncer y metabolismo se estudia desde hace más de un siglo. A comienzos del siglo XX, Otto Warburg observó que muchas células tumorales consumían menos oxígeno que los tejidos sanos, un fenómeno que más tarde se conoció como efecto Warburg.

Durante décadas, esa diferencia se interpretó como una señal de daño mitocondrial, pero Rutter sostuvo que la evidencia posterior obligó a revisar esa idea. “Las mitocondrias de las células cancerosas no están rotas. Son muy buenas, aunque no necesariamente para hacer ATP, sino para fabricar material”, afirmó.

Según esa perspectiva, las células tumorales no usan los nutrientes solo para obtener energía: también los desvían hacia la producción de ADN, proteínas, membranas y otros componentes que sostienen su proliferación.

Ese cambio metabólico no alcanza por sí solo para explicar el cáncer. Se combina con mutaciones y con adaptaciones al microambiente tumoral, entre ellas la hipoxia, que refuerzan la reprogramación del uso de nutrientes.

Por eso, el experto planteó que los tratamientos del futuro probablemente combinen fármacos dirigidos a distintas vulnerabilidades de cada tumor, con la intención de reducir la resistencia y evitar recaídas.

El exceso de energía también puede dañar a la célula

Rutter explicó además que las mitocondrias no solo abastecen de energía: también pueden contribuir al daño celular cuando quedan sobrecargadas.

Una de las principales hipótesis en biología celular sostiene que el exceso de energía mitocondrial favorece la producción de especies reactivas de oxígeno, compuestos que pueden dañar proteínas, lípidos y ADN.

“Cuando una mitocondria está sobrecargada de energía, queda en un estado susceptible a la generación de estas especies reactivas que pueden dañar el genoma y crear mutaciones”, sostuvo en el podcast.

Aunque los mecanismos del envejecimiento todavía no se comprenden por completo, Rutter señaló que las mitocondrias tienden a perder eficiencia con los años y que la acumulación de daño celular aparece asociada con ese proceso.

La investigación actual busca entender qué señales determinan el destino de los nutrientes dentro de cada célula y qué ocurre cuando esas decisiones cambian. Ese conocimiento podría abrir nuevas vías para estudiar enfermedades cardíacas, cáncer, trastornos metabólicos y procesos vinculados con la edad.