¿Qué diablos dice Nick? Y de paso, qué tiene que ver con [[fosforilación oxidativa]]

Prometimos analizar el artículo de Nick Lane. Bien, ya sabemos que además de bioquímico, Nick Lane es ante todo un biólogo teórico desacostumbrado. Primero, por sus inmensos conocimientos humanísticos y segundo, porque con un tipo así no se necesita un equipo multidisciplinar. Pero por encima de todo, lo que me hace admirar a Nick y tenerle como mi modelo es su inmenso amor por el dato. También es una persona extremadamente afable y de amistad fácil. En su anterior libro: "Power, Sex, Suicide", la trilogía de las mitocondrias, ya nos mencionó a William Martin, así que ¿porqué no colaborar? Y eso han hecho.

Parte del artículo es repetir nuevamente sus esquemas, y por ello parte de su bibliografía es vieja y reciclada. Pero es lo que hay: La preeminencia es una regla sagrada del buen citador.

De Martin repite lo mismo: Lynn Margulis no tiene razón. La mitocondria no es algo tan sencillo como un antiguo parásito que se convirtió en simbionte, sino que probablemente un metanógeno y una alfa-proteobacteria sintróficos fueron acoplando paulatinamente su metabolismo hasta constituir una quimera. Prueba de ello es que no se ha encontrado ningún organismo eucariota amitocondriado o sin señales de haber tenido alguna vez mitocondrias. Eso significa que la propia mitocondria fue la responsable de la existencia de los eucariotas, o dicho de otro modo: que no hay siquiera concepto de eucariotas sin mitocondrias.

Un organismo quimérico es un organismo que tiene rasgos de otros dos. Por ejemplo, casi todos nuestros lípidos serían bacterianos.

Otra de las cosas con las que polemiza con Lynn Margulis (una y otra vez) es que nunca existió una catástrofe oxigenada, es decir, que aquello que nos contaron de que la vida estuvo a punto de extinguirse cuando se inventó la fotosíntesis y que las células hicieron de la necesidad virtud aprendiendo a utilizarlo, nada de nada, porque sencillamente no existen evidencias en el registro fósil. Por tanto, aplíquese la navaja de Ockham. Es más: la respiración celular apareció antes que la fotosíntesis.

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Ahora bien, ¿qué se aporta de nuevo? Varias cosas, para empezar, un montón de datos. Y los datos suelen ser escasos, no es habitual ver en un artículo de biología teórica tanta profusión. Pero ante todo, presten atención a la gráfica de arriba.

En ella se comparan tres organismos: un procariota típico (Escherichia), un procariota gigante (Thiomargarita) y un eucariota (Euglena). Al primer vistazo ya se aprecia que el eucariota es de lejos mucho más complejo, tanto estructural como genéticamente, sin que importe el tamaño. Ahora sólo queda jugar con algunas correlaciones sencillas.

Escherichia bate todos los récords en energía producida por gramo de biomasa. Thiomargarita va bastante escasa, pero es porque en el centro tiene una vacuola enorme. Y Euglena... ni fú ni fa, más bien modesta.

Sin embargo, veamos si hacemos la correlación entre el número de genes y la cantidad de energía por gen: Euglena bate todos los records. Para ser exacto, es de mil veces más como poco. Hay que explicar eso de qué es la relacción energía/gen. En realidad se está hablando del coste energético de expresar un gen. ¿Y qué repercusión tiene eso?

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Es esencial. Veamos, fabricar un genoma, es decir, información, tiene un coste en términos de energía. Sólo replicarlo (no expresarlo) conlleva un 2% de toda la producción energética de una célula. Si una bacteria quisiera tener el mismo número de genes que un eucariota, sin contar el mal llamado "ADN basura", eso le conllevaría emplear el 20% de su energía sólo en la replicación. Pero eso no es lo peor: el coste energético de las proteínas (que, en términos muy generales, procede de la expresión de un gen) exige el 75% de la energía celular. Por tanto, habría muchísimo menos energía por proteína. Y eso es, sencillamente, inviable.

Las bacterias ya han evolucionado para optimizar las restricciones energéticas que les impone su estructura: su genoma es pequeño, compacto, ordenado en operones y además sus proteínas nunca suelen alcanzar un tamaño muy elevado. La conclusión es clara: Las bacterias no pueden "inventar" nuevas proteínas, y por tanto, no pueden desarrollar complejidad.

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Y entonces ¿porqué nosotros, los eucariotas, si que podemos hacerlo?

La respuesta es tajante: gracias a las mitocondrias, y en concreto, especialmente gracias al complejo I que ya hemos discutido en este blog.

Verán: la fosforilación oxidativa es un proceso celular que extrae energía de los nutrientes a través del oxígeno. Lo hace tan eficientemente, que está muy próximo al límite termodinámico. Diría que no existe artilugio humano ni remotamente tan eficiente. Este proceso no es exclusivo de eucariotas: muchos procariotas lo realizan, poseen estructuras de membrana especializadas para aumentar la superficie respiratoria y su flujo es aún mayor que en eucariotas. Pero en eucariotas se produce en las mitocondrias. Para que se hagan una idea, la oxidación de los sustratos necesarios para llevarla a cabo genera una diferencia de potencial de 30 millones de voltios por metro en mitocondrias. Mucho mayor que un rayo.

Y esta es la clave: la densidad de energía es tan grande, y debe responder tan rápidamente a los condicionantes ambientales, que sólo es posible si el genoma que codifica las proteínas de la fosforilación oxidativa está físicamente pegado a la membrana donde se produce. Esto sucede en procariotas: en su nucleoide, las zonas que codifican las proteínas del OXPHOS (en la gerga científica, sistema de fosforilación oxidativa) se tienden a situar pegadas a la membrana plasmática. A veces generan cromosomas adicionales "plásmidos". Pero eso no tiene comparación con un genoma minúsculo como el de la mitocondria. Las mitocondrias pueden situar muchísimo más genoma junto a sus membranas. Eso es porque el genoma "sobrante" de sus antepasadas alfa-proteobacterias ha sido transferido al núcleo celular. Para detalles finos lean cuando termine de redactar [[fosforilación oxidativa]] en wikipedia.

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Bueno, ya hemos dicho demasiado para comenzar. Esto es bastante para una primera reflexión. continuaré con otro post.