¿Qué hace realmente la mielina?
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A los estudiantes de fisiología se les enseña invariablemente que la función principal de la mielina es aislar los nervios. En particular, para hacer que los potenciales de acción sean más eficientes aumentando el grosor de la membrana y, por lo tanto, disminuyendo su capacitancia eléctrica. Pero esta cruda idea, esta analogía, realmente no puede ser correcta. A pesar de las protestas de los neurocientíficos dogmáticos, las neuronas no son dispositivos eléctricos, al menos no en el sentido de los electrones que fluyen en los cables.
Claro, parece haber muchas corrientes de electrones que fluyen a través y entre las proteínas en las membranas internas de las mitocondrias en el interior de las neuronas (algunos dicen que hasta 50 amperios para todo el cuerpo), pero estas corrientes no tienen nada que ver con la acción. propagación potencial. Los picos son alteraciones biofísicas multifacéticas en los axones. Claramente tienen un componente iónico en forma de flujos variados de sodio, potasio, cloruro, calcio y potencialmente incluso protones, a través de canales y bombas; sin embargo, los electrones no son portadores de ninguna corriente o conductancia aquí.
Entonces, ¿qué hace realmente la mielina por un axón? Una respuesta popular ha sido que proporciona algún tipo de apoyo energético o trófico, quizás muy parecido a una especie de mitocondria que podría producir ATP a través de la fosforilación oxidativa a través de complejos respiratorios expresados ectópicamente. Existe una bibliografía fascinante que describe la presencia del complejo respiratorio V supuestamente funcional, la F1FO-ATP sintasa, fuera de las mitocondrias en lugares como los segmentos externos de los bastones en la retina y en las células mielinizantes. Esto puede no ser del todo sorprendente a la luz de la presencia de varios tipos de ATP-asas que se encuentran en diferentes compartimentos celulares.
Aparentemente es bastante imposible para las células ensamblar complejos respiratorios completos fuera de las mitocondrias debido a la necesidad de una construcción interna y la subsiguiente inserción en la membrana de las proteínas expresadas mitocondrialmente extremadamente hidrofóbicas, y la extensa intra -procesamiento mitocondrial y maduración de las subunidades proteicas de origen nuclear (ver, por ejemplo, esta crítica de la expresión alotópica de proteínas mitocondriales). No obstante, existen otras formas en las que estas proteínas pueden llegar a la membrana plasmática una vez ensambladas. La destrucción creativa de partes de las mitocondrias, con la formación de todo tipo de vesículas en ciernes de casco simple y doble, posiblemente podría transportar complejos al borde y más allá.
En la edición actual de Open Biology de la Royal Society , Alessandro Morelli et al. presentan evidencia intrigante de que las vainas de mielina con estructuras multilaminares concéntricas poseen una bioenergética similar a la de los tilacoides de cianobacterias. Además de una serie de refinamientos moleculares eclécticos que tienen en común, ambas estructuras también comparten la función aparente de alimentar nutrientes, incluido potencialmente ATP derivado de ATP-sintasa, en el corazón central de una estructura multilamelar compleja. Nadie afirma que la mielina en sí se derivó de las membranas de los tilacoides, ya que eso parecería taxonométricamente imposible, solo que estas observaciones pueden comprender un ejemplo esclarecedor de evolución convergente para cumplir una tarea fundamentalmente similar.
Más allá de la estructura general y la generación de ATP, existen otras pistas sobre esta función subyacente común. Por ejemplo, los lípidos concéntricos estrechamente empaquetados aparecen de manera confiable como la construcción óptima de la naturaleza para disolver y secuestrar la mayor cantidad de gas en un volumen particular. Los lípidos, en particular los lípidos neutros, pueden contener unas cinco veces más gas que agua. En este caso, las cianobacterias estarían más interesadas en disolver CO2 para la construcción de carbohidratos y nitrógeno para la fijación, mientras que la mielina sin duda buscaría O2. Los tejidos cerebrales no pueden darse el lujo (al igual que otros tejidos de alta respiración como los músculos) de tener una mioglobina de alta afinidad para arrebatar el O2 de la hemoglobina circulante.
Puede ser interesante comparar secciones coronales de cetáceos cerebro con el del ser humano a la luz de la corteza cetácea mucho más delgada y enrevesada que ha evolucionado bajo la presión selectiva de las condiciones de privación de oxígeno. Es probable que la corteza de los cetáceos contenga una gran preponderancia de grandes neuronas de proyección de capas profundas en relación con sus delgadas capas superiores para maximizar la cantidad de axones disponibles para producir materia blanca. Una mirada superficial a los cerebros de delfines en las imágenes de Google no respalda esto de una manera u otra, sin embargo, una contabilidad más exhaustiva podría ser esclarecedora. Del mismo modo, el espermaceti del cachalote, que presumiblemente moldea y enfoca las señales de ecolocalización entrantes o salientes, puede iluminar la luna en una capacidad de alimentación de oxígeno. Su cera por excelencia, es decir, el palmitato de cetilo, es un ácido graso C16 que esterifica un alcohol y puede ser útil para absorber oxígeno. Curiosamente, también se producen estructuras multilamelares concéntricas en el surfactante pulmonar, elemento crucial para una buena absorción de O2 por parte de los alvéolos pulmonares. La capa más externa de las células epiteliales pulmonares también tiene formaciones de cuerpos laminares similares.
Credit Morelli et. Alabama.
Para superar las fuerzas repulsivas cargadas negativamente de los fosfolípidos en las estructuras multilamelares, la naturaleza parece haber optado por unanimidad por los galactolípidos. Estos lípidos, que tienen galactosa como grupo de azúcar, son los favoritos entre los lípidos de la membrana vegetal, donde sustituyen a los fosfolípidos, presumiblemente para conservar el fosfato para otros procesos esenciales. Los galactolípidos constituyen alrededor del 70 por ciento de los lípidos en los tilacoides de las cianobacterias, hasta el 80 por ciento en los tilacoides de las plantas y alrededor del 30 por ciento en la mielina. También se ha demostrado que los galactolípidos de mielina son esenciales para la formación adecuada de los nódulos de Ranvier.
Otra similitud con los tilacoides es una estrecha homología en las secuencias de proteínas de los canales iónicos no selectivos en los tilacoides con los omnipresentes canales aniónicos dependientes de voltaje (VDAC) abundantemente expresados en las mitocondrias y otras estructuras membranosas. En la mielina, el VDAC puede potencialmente tetramerizarse en complejos que formarían un poro central de aproximadamente 1,3 nm de diámetro, aproximadamente del mismo tamaño que el poro del canal iónico tilacoidal. En el alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii, estos canales conectan las pilas de tilacoides a una estructura esencial llamada pirenoide. El bicarbonato, el NADPH y el ATP se conducen a través de los poros hasta el pirenoide central para alimentar el ciclo de Calvin Benson.
Se requiere una concentración muy alta de la enzima RuBisCo para la incorporación de CO2 en los compuestos orgánicos. Si bien es la proteína más abundante en toda nuestra biosfera, RuBisCo muestra solo una modesta eficiencia catalítica. Esta es la razón probable por la que los núcleos densos de los complejos RuBusCo que forman carboxisomas se encuentran en lo profundo de los centros de las estructuras laminares concéntricas. Para transportar el CO2 al final del negocio de los tilacoides, se requiere anhidrasa carbónica para formar un intermediario de bicarbonato, tanto como lo es en nosotros. La anhidrasa carbónica es esencial en las mitocondrias para convertir el CO2 derivado del ciclo de Krebs en bicarbonato. Otro lugar donde se encuentra la anhidrasa carbónica es la vaina de mielina, lo que sugiere un papel metabólico en el manejo de esta especie gaseosa.
Las mitocondrias contienen compartimentos de membrana expansivos conocidos como crestas. Normalmente estos elementos forman pilas paralelas conectadas esporádicamente a la membrana exterior por uniones de crestas tubulares. Bajo ciertas circunstancias, estas crestas pueden reconfigurarse por completo en membranas concéntricas similares a cebollas. Muchas manipulaciones, tanto naturales como artificiales, hacen que las mitocondrias adopten crestas concéntricas, incluidas alteraciones en la expresión de la ATP-sintasa. Hace algún tiempo, algunos investigadores sugirieron que la mielina actúa como una mitocondria. Una objeción teórica a este concepto afirmó más tarde que si una ATP-asa errante encontrara su poder en la mielina, en el mejor de los casos, solo podría operar a la inversa para descomponer el ATP.
Los cálculos de este autor para la fuerza motriz del protón a través de la membrana de mielina se basaron en valores conocidos de pH y el potencial de membrana del oligodendrocitos, y algunas suposiciones sobre la configuración subyacente y la polaridad de la ATP sintasa en la membrana. . Las pruebas teóricas de esto o aquello metabólico, como la cantidad de energía requerida por las neuronas, son notoriamente difíciles. La naturaleza siempre se sorprende de lo mucho que puede hacer con tan poco. Por ejemplo, los mismos investigadores que arrojan sombra sobre la hipótesis de la mielina también han hecho nobles intentos de calcular los requisitos de energía para los axones en forma de pico. Si bien muchas fuentes de energía sigilosas también están disponibles para el axón, como los generadores de ATP unidos a vesículas en forma de GADPH, los axones hacen mucho más que aumentar. De hecho, aumentar puede ser relativamente fácil en comparación con procesos más físicos como el transporte y el crecimiento.
Peter Mitchell, famoso por el premio Nobel, introdujo el concepto de fuerza motriz H+ (típicamente alrededor de 250 mV), que sería constituido por la diferencia de potencial eléctrico transmembrana () más la diferencia de pH entre las dos fases acuosas (pH). Sin embargo, al hablar con Alessandro, un pionero existente conectado tangiblemente con esa época próspera, y todavía bastante activo hoy en día, rápidamente se vuelve evidente que puede que no todo esté bien en la tierra de la quimiosmótica. Se ha observado que la superficie de la membrana biológica está separada de la fase acuosa a granel por moléculas de agua ordenadas que representan una barrera electrostática, que para H+ oscila alrededor de 120 meV. Por lo tanto, cualquier cálculo del valor de pmf en diferentes superficies está lejos de ser sencillo cuando se considera la biología real.
Dr. Alessandro Morelli
La naturaleza de los protones libres dentro y alrededor de las membranas es igualmente difícil de intuir. Una concentración de protones particularmente alta probablemente no sería muy saludable para las membranas. Con mejores técnicas, las variables físicas en estructuras como las mitocondrias ahora se pueden medir con mayor precisión espacial y temporal, a menudo con resultados asombrosos. Las temperaturas en el interior de la matriz literalmente resplandecen, el calcio enciende chispas y los potenciales de la membrana mitocondrial giran en un orden de magnitud de la velocidad de los picos del propio axón padre.
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Papel inesperado de dos proteínas mitocondriales de unión a lípidos asociadas con enfermedades cardíacas y diabetes Más información: Alessandro Maria Morelli et al, Myelin sheath and cyanobacterial thylakoids as concentric multilamellar estructuras con propiedades bioenergéticas similares, Open Biology (2021). DOI: 10.1098/rsob.210177 Información de la revista: Open Biology
2022 Science X Network
Cita: ¿Qué hace realmente la mielina? (2022, 17 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-myelin.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.