Una proteína desacoplante ( UCP ) es una proteína de la membrana interna mitocondrial que es un transportador o canal de protones regulado. Por tanto, una proteína desacoplante es capaz de disipar el gradiente de protones generado por el bombeo de protones impulsado por NADH desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana mitocondrial. La energía perdida al disipar el gradiente de protones a través de UCP no se usa para realizar trabajo bioquímico. En cambio, se genera calor. Esto es lo que vincula a la UCP con la termogénesis. Sin embargo, no todos los tipos de UCP están relacionados con la termogénesis. Aunque UCP2 y UCP3 están estrechamente relacionados con UCP1, UCP2 y UCP3 no afectan las capacidades termorreguladoras de los vertebrados. [1]Las UCP se colocan en la misma membrana que la ATP sintasa , que también es un canal de protones. Así, las dos proteínas trabajan en paralelo con una generando calor y la otra generando ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico, el último paso en la fosforilación oxidativa . [2] La respiración de las mitocondrias está acoplada a la síntesis de ATP (fosforilación de ADP) pero está regulada por UCP. [3] Las UCP pertenecen a la familia de los portadores mitocondriales (SLC25).
Las proteínas de desacoplamiento juegan un papel en la fisiología normal, como en la exposición al frío o en la hibernación , porque la energía se usa para generar calor (ver termogénesis ) en lugar de producir ATP . Algunas especies de plantas utilizan el calor generado por el desacoplamiento de proteínas para fines especiales. La col de zorrillo oriental , por ejemplo, mantiene la temperatura de sus picos hasta 20 ° C más alta que la del medio ambiente, esparciendo el olor y atrayendo insectos que fertilizan las flores. [4] Sin embargo, otras sustancias, como el 2,4-dinitrofenol y el cianuro de carbonilo m-clorofenilhidrazona , también tienen la misma función de desacoplamiento. El ácido salicílico también es un agente desacoplador (principalmente en las plantas) y disminuirá la producción de ATP y aumentará la temperatura corporal si se toma en exceso. [5] Las proteínas de desacoplamiento aumentan con la hormona tiroidea , la norepinefrina , la epinefrina y la leptina . [6]
Historia
Los científicos observaron la actividad termogénica en el tejido adiposo marrón , lo que finalmente condujo al descubrimiento de la UCP1, inicialmente conocida como "proteína desacopladora". [3] El tejido marrón reveló niveles elevados de respiración mitocondrial y otra respiración no acoplada a la síntesis de ATP, que simbolizaba una fuerte actividad termogénica. [3] UCP1 fue la proteína descubierta responsable de activar una vía de protones que no estaba acoplada a la fosforilación de ADP (normalmente se realiza a través de ATP sintasa ). [3]
En mamíferos
Hay cinco homólogos de UCP conocidos en mamíferos. Si bien cada uno de estos realiza funciones únicas, ciertas funciones son realizadas por varios de los homólogos. Los homólogos son los siguientes:
- UCP1, también conocida como termogenina o SLC25A7
- UCP2 , también conocido como SLC25A8
- UCP3 , también conocido como SLC25A9
- UCP4, también conocido como SLC25A27
- UCP5, también conocido como SLC25A14
Mantener la temperatura corporal
La primera proteína desacopladora descubierta, UCP1, se descubrió en los tejidos adiposos pardos de los hibernadores y pequeños roedores, que proporcionan calor sin escalofríos a estos animales. [3] Estos tejidos adiposos pardos son esenciales para mantener la temperatura corporal de pequeños roedores, y los estudios con ratones knockout (UCP1) muestran que estos tejidos no funcionan correctamente sin proteínas desacopladoras funcionales. [3] De hecho, estos estudios revelaron que la aclimatación al frío no es posible para estos ratones knockout, lo que indica que la UCP1 es un impulsor esencial de la producción de calor en estos tejidos adiposos pardos. [7] [8]
En otras partes del cuerpo, se sabe que las actividades de las proteínas desacopladas afectan la temperatura en los microambientes. [9] [10] Se cree que esto afecta la actividad de otras proteínas en estas regiones, aunque aún se requiere trabajo para determinar las verdaderas consecuencias de los gradientes de temperatura inducidos por el desacoplamiento dentro de las células. [9]
Papel en las concentraciones de ATP
El efecto de UCP2 y UCP3 sobre las concentraciones de ATP varía según el tipo de célula. [9] Por ejemplo, las células beta pancreáticas experimentan una disminución en la concentración de ATP con una mayor actividad de UCP2. [9] Esto está asociado con la degeneración celular, la disminución de la secreción de insulina y la diabetes tipo II. [9] [11] Por el contrario, la UCP2 en las células del hipocampo y la UCP3 en las células musculares estimulan la producción de mitocondrias . [9] [12] El mayor número de mitocondrias aumenta la concentración combinada de ADP y ATP, lo que en realidad resulta en un aumento neto en la concentración de ATP cuando estas proteínas desacopladoras se acoplan (es decir, se inhibe el mecanismo que permite la fuga de protones). [9] [12]
Mantener la concentración de especies reactivas de oxígeno.
No se conoce la lista completa de funciones de UCP2 y UCP3. [13] Sin embargo, los estudios indican que estas proteínas están involucradas en un circuito de retroalimentación negativa que limita la concentración de especies reactivas de oxígeno (ROS). [14] El consenso científico actual establece que UCP2 y UCP3 realizan el transporte de protones solo cuando están presentes especies de activación . [15] Entre estos activadores se encuentran los ácidos grasos, ROS y ciertos subproductos de ROS que también son reactivos. [14] [15] Por lo tanto, los niveles más altos de ROS causan directa e indirectamente un aumento de la actividad de UCP2 y UCP3. [14] Esto, a su vez, aumenta la fuga de protones de las mitocondrias, reduciendo la fuerza motriz del protón a través de las membranas mitocondriales, activando la cadena de transporte de electrones. [13] [14] [15] Limitar la fuerza motriz del protón a través de este proceso da como resultado un ciclo de retroalimentación negativa que limita la producción de ROS. [14] Especialmente, UCP2 disminuye el potencial transmembrana de las mitocondrias, disminuyendo así la producción de ROS. Por lo tanto, las células cancerosas pueden aumentar la producción de UCP2 en las mitocondrias. [16] Esta teoría está respaldada por estudios independientes que muestran una mayor producción de ROS en ratones knockout para UCP2 y UCP3. [15]
Este proceso es importante para la salud humana, ya que se cree que altas concentraciones de ROS están involucradas en el desarrollo de enfermedades degenerativas. [15]
Funciones en neuronas
Al detectar el ARNm asociado , se demostró que UCP2, UCP4 y UCP5 residen en neuronas de todo el sistema nervioso central humano. [17] Estas proteínas juegan un papel clave en la función neuronal. [9] Si bien muchos hallazgos de estudios siguen siendo controvertidos, varios hallazgos son ampliamente aceptados. [9]
Por ejemplo, las UCP alteran las concentraciones de calcio libre en la neurona. [9] Las mitocondrias son un sitio importante de almacenamiento de calcio en las neuronas, y la capacidad de almacenamiento aumenta con el potencial a través de las membranas mitocondriales. [9] [18] Por lo tanto, cuando las proteínas de desacoplamiento reducen el potencial a través de estas membranas, los iones de calcio se liberan al entorno circundante en la neurona. [9] Debido a las altas concentraciones de mitocondrias cerca de los terminales de los axones , esto implica que las UCP desempeñan un papel en la regulación de las concentraciones de calcio en esta región. [9] Teniendo en cuenta que los iones de calcio juegan un papel importante en la neurotransmisión, los científicos predicen que estos UCP afectan directamente a la neurotransmisión. [9]
Como se discutió anteriormente, las neuronas en el hipocampo experimentan concentraciones aumentadas de ATP en presencia de estas proteínas desacopladoras. [9] [12] Esto lleva a los científicos a plantear la hipótesis de que las UCP mejoran la plasticidad y transmisión sinápticas. [9]
Referencias
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Ver también
- Agente de desacoplamiento