Termodinámica Metabólica: Generalidades, estructura y función de la mitocondria

Síntesis:
El metabolismo es constituido por muchas reacciones químicas que permiten que los organismos obtengan energía y compuestos necesarios para realizar sus funciones; un gran número de estas reacciones son procesos de oxidación o reducción.
Los principios que actúan sobre tales reacciones pueden ser explicados en términos termodinámicos mediante funciones del estado: entalpía (los cambios de calor en las reacciones) y entropía (grado de orden del proceso). La entalpía puede ser exergónica (liberación de calor) o endergónica (absorción de calor), mientras que la entropía simplemente se dice positiva cuando hay un aumento del desorden y negativa cuando ocurre lo contrario, lo cual indica la probabilidad de que una reacción suceda o no de manera espontánea.

La gran mayoría de reacciones que se dan en las células podrían agruparse en:

1. Reacciones para obtener energía, relacionadas con la degradación oxidativa de moléculas y a las cuales desde el punto de vista termodinámico podría decirse que les favorece la dirección (ΔG negativa): catabólicas

2. Reacciones que son parte de una vía en la cual se sintetiza algún metabolito, aprovechando la energía generada en las reacciones catabólicas y las cuales desde el punto de vista termodinámico diríase que vas en sentido opuesto (ΔG positiva), razón por la cual se necesita inversión de energía: anabólicas.

Las mitocondrias por ende, juegan un papel muy importante, ya que en ellas se realiza la mayor producción de energía apartir de la degradación de carbohidratos y ácidos grasos, que son convertidos en ATP por fosforilación oxidativa. Para la realizar este proceso la mitocondria está constituida por un sistema de doble membrana: membrana mitocondrial interna y externa, separadas por un espacio intermembrana; La membrana interna y la matriz a la cual dan sus repliegues constituye la parte funcional más importante de la organela. En la primera de ellas se lleva a cabo la fosforilación oxidativay el trasporte de electrones, actividad que realizan los complejos proteícos acoplados a la membrana y con la cual electrones de alta energía del NADH y FADH2 son trasnferidos al O2 por medio de unos transportadores de membrana para reaccionar generando una energía potencial en forma de gradiente de protones, que se utiliza para la síntesis del ATP; en la segunda se encuentra el material genético y las enzimas responsables de la reacciones principales del metabolismo oxidativo.



Bibliografía:

•  Díaz Zagoya, Juan C; Juárez Oropeza, Marco Antonio. Bioquímica: un enfoque básico aplicado a las ciencias de la vida. México-DF: editorial McGraw-Hill/Interamericana S.A. 2007, 722 páginas.
• Cooper, Geoffrey M.; Hausman,Robert E. La célula 4° edición. Washington, DC: editorial Marbán libros S.L. 2008, 818 páginas.

1. Título: Implicación de la mitocondria en la fatiga crónica
URL: http://www.institutferran.org/documentos/biopsias_mitocondrial_publicado.pdf
Referencias bibliográficas de importancia:

• Pieczenik SR, Neustadt J. Mitochondrial dysfunction and molecular pathways of disease. Exp Mol Pathol. 2007.
• Behan WM, More IA, Behan PO. Mitochondrial abnormalities in the postviral fatigue syndrome. Acta Neuropathol (Berl). 1991;83:61-5.
• Vecchiet L, Montanari G, Pizzigallo E, et al. Sensory characterization of somatic parietal tissues in humans with chronic fatigue syndrome.
• Jason LA, Taylor RR , Kennedy CL. Chronic fatigue syndrome, fibromyalgia, and multiple chemical sensitivities in a community-based sample of persons with chronic fatigue syndrome-like symptoms. Psychosom Med. 2000;62:655-63.

Opinión acerca de la referencias: Creo que éstas cuatro referencias bibliográficas enmarcan la discusión del artículo, pues en ellas se trata la disfución, anormalidad y relación mitocondrial que llevan al síndrome de fatiga crónica, además de que con las últimas dos referencias se hace alusión a las diferencias sintomáticas con otras patologías y a los síntomas propios de la enfermedad.


2. Título: Implicaciones metabólicas del consumo excesivo de fructosa.
URL: <http://www.scielo.sa.cr/pdf/amc/v49n4/3543.pdf>
Referencias bibliográficas de importancia:

• Havel P. 2005. Dietary fructose: Implications for dysregulation of energy homeostasis and lipid/carbohydrate metabolism. Nutrition Review 63: 133-157
• Kelley GL, Allan G, Azhar S. 2004. High dietary fructose induces a hepatic stress response resulting in cholesterol and lipid dysregulation.
  Endocrinology 145:548-555.
• Hawkins M, Grabriely I, Wozniak R, Vilcu C, Shamoon H, Rossetti L. 2002. Fructose improves the ability of hyperglycemia per se to regulates glucose production in type 2 diabetes. Diabetes 51:606-614.
• Bray G, Nielsen S, Popkin B. 2004. Consumption of high-fructose corn syrup in beverages may play the rol in the epidemic of obesity. Am J Clin Nut. 79:537-43

Opinión acerca de la referencia: Las implicaciones del consumo de fructosa se están descritas en los artículos anteriores. Pienso que son las referencias bibliográficas más importantes porque contienen la pérdida del equilibrio en el metabolismo de lipídos y carbohidratos y su correlación con patologías como la diabetes tipo 2, la obesidad y la dislipidemia.


3. Título: Brain mitochondrial dysfunction in aging, neurodegeneration, and Parkinson's disease.
URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2947925/?tool=pubmed
Referencias bibliográficas de importancia:

• Boveris A., Chance B. (1973). The mitochondrial generation of hydrogen peroxide. General properties and effect of hyperbaric oxygen. Biochem. J. 134, 707–716
• Cassarino D. S., Halvorsen E. M., Swerdlow R. H., Abramova N. N., Parker W. D., Jr., Sturgill T. W., Bennett J. P., Jr. (2000). Interaction among mitochondria, mitogen-activated protein kinases, and nuclear factor-kappaB in cellular models of Parkinson's disease. J. Neurochem. 74, 1384–1392 doi: 10.1046/j.1471-4159.2000.0741384.x.
• Dawson T. M., Dawson V. L. (2003). Molecular pathways of neurodegeneration in Parkinson's disease. Science 302, 819–822 doi: 10.1126/science.1087753.
• Hughes G., Murphy M. P., Ledgerwood E. C. (2005). Mitochondrial reactive oxygen species regulate the temporal activation of nuclear factor kappaB to modulate tumour necrosis factor-induced apoptosis: evidence from mitochondria-targeted antioxidants. Biochem. J. 389, 83–89 doi: 10.1042/BJ20050078.
• Schapira A. H., Mann V. M., Cooper J. M., Dexter D., Daniel S. E., Jenner P., Clark J. B., Marsden C. D. (1990b). Anatomic and disease specificity of NADH CoQ1 reductase (complex I) deficiency in Parkinson's disease. J. Neurochem. 55, 2142–2145 doi: 10.1111/j.1471-4159.1990.tb05809.x.

Opinión acerca de las referencias: Los artículos anteriores son básicos para las conclusiones generadas, pues en éstos se describe la implicación de la mitocondria en la generación de moléculas que conducen a una neurodegeneración, especifícamente por la oxidación y para la enfermedad de Parkinson.