DESENTRAÑADO EL MISTERIO DE POR QUÉ LAS CÉLULAS UTILIZAN LA FERMENTACIÓN

Un equipo de físicos y biólogos de Estados Unidos podría haber encontrado la respuesta a por qué muchos organismos utilizan la fermentación. Es una duda que se tiene desde hace mucho tiempo y parte de que parece un desperdicio a la hora de generar energía para las células ya que la fermentación es un proceso mucho menos eficaz que la respiración aeróbica.


En la edición de esta semana de la revista «Nature» los científicos explican que examinaron los costos metabólicos de la síntesis de las enzimas y otros aparatos biológicos necesarios para la fermentación y la respiración aeróbica dentro de la bacteria 'E.Coli' además de los ahorros metabólicos de la generación de energía mediante la respiración aeróbica. De esta manera, descubrieron que el costo de la síntesis de proteínas anula los ahorros metabólicos para las células de crecimiento rápido.

El director del estudio nos pone un ejemplo: "Lo que descubrimos podría compararse a la diferencia entre la generación de energía por una fábrica de carbón frente a una planta de energía nuclear".

"Las fábricas de carbón producen energía menos eficiente que las plantas de energía nuclear en una base por carbono, pero son mucho más baratas de construir. Así que la decisión de qué camino elegir para la generación de energía depende de la disponibilidad de carbón y el presupuesto disponible para la construcción de plantas de energía".

Para las células pasa algo similar, hay dos costos a tener en cuenta. Uno es el costo de la materia prima, la respiración aeróbica genera más energía por átomo de carbono de fermentación. El otro es el costo de la oportunidad de sintetizar enzimas, es decir, el número de maquinarias de fabricación de proteína, o ribosomas, que necesitan reclutarse para sintetizar enzimas relevantes.

Han demostrado que las enzimas para la respiración son voluminosas y lentas en comparación con las de la fermentación por lo que se necesitan muchas de estas enzimas y atar una gran cantidad de ribosomas para que la respiración se produzca en tasas sustanciales. Y este costo es muy importante ya que el número de ribosomas es el factor limitante del crecimiento.

Para el rápido crecimiento de células con muchos nutrientes, si se utilizan demasiados ribosomas para fabricar las enzimas respiratorias, después algunas de ellas quedan disponibles para hacer otras proteínas de crecimiento. Esto ralentiza mucho el proceso y es malo para las células. La eficiencia del carbono de la respiración no es importante en este caso porque abundan los nutrientes.

Sin embargo, cuando se carece de nutrientes y las células no pueden crecer rápidamente, la demanda de ribosomas por otras funciones celulares es menor y el coste de atar ribosomas es menos importante. Mientras tanto, el uso de la respiración para generar energía conserva los suministros de carbono preciosos, que es algo mucho más importante en las condiciones de nutrientes pobres.

De estos dos costes la célula necesita considerar cuándo generar la energía, con el costo del carbono universalmente reconocido, es decir, la respiración es más carbono-eficiente. Lo que se ha establecido en este estudio es que el costo de hacer el aparato de generación de energía es también sustancial y además es el costo dominante para células de crecimiento rápido.