Desacoplantes de la Fosforilación Oxidativa: Mecanismo, Ejemplos y Efectos Biológicos

Desacoplantes: Mecanismo y Función Biológica

La acción de los desacoplantes consiste en disociar la oxidación en la cadena respiratoria de la fosforilación. Bloquean la síntesis de ATP, al tiempo que permiten que continúe el transporte electrónico a lo largo de la cadena respiratoria hasta el O₂. Las proteínas desacoplantes (abreviado UCP, del inglés uncoupling protein) son transportadores de la membrana interna mitocondrial cuya función biológica es la disipación controlada del gradiente de protones.

Ejemplo de Desacoplante: El 2,4-Dinitrofenol (DNP)

El 2,4-dinitrofenol (DNP) es una de las biomoléculas que tiene una función desacopladora; es liposoluble y puede atravesar la membrana, siendo capaz de captar protones en un medio ácido. El DNP se recomendó en los Estados Unidos como fármaco adelgazante, basado en el principio de que la disminución de ATP y el aumento del transporte electrónico estimulaban la oxidación del combustible. Sin embargo, varias personas fallecieron como consecuencia de su uso. Aumenta radicalmente el consumo de oxígeno y los combustibles metabólicos, y casi toda la energía metabólica se pierde en forma de calor. Las células mueren tanto a causa del exceso de temperatura como de falta de ATP.

Termogenina (UCP1): Rol en la Termogénesis

La termogenina (UCP1) se encuentra de modo exclusivo en el tejido adiposo pardo. El tejido adiposo pardo es abundante en el recién nacido y en algunos mamíferos adultos. Además, al parecer su color marrón se debe a su elevado contenido en mitocondrias. La UCP1 tiene una única función: activar la oxidación de los ácidos grasos y la producción de calor en el tejido adiposo pardo, proporcionando calor corporal durante el estrés por frío en los animales jóvenes y algunos adultos, así como durante la hibernación. Ello se consigue desacoplando el gradiente de protones y generando así calor (termogénesis) en lugar de ATP.

Mecanismo de Acción de los Desacoplantes

Los desacoplantes no afectan, o incluso aceleran el transporte de electrones, pero impiden la formación de ATP. La acción de estos agentes consiste en desacoplar el sistema fosforilante del sistema respiratorio; de ahí resulta que las mitocondrias, tejidos o incluso los animales tratados con un agente desacoplante sean capaces de consumir oxígeno a velocidades más altas que las normales y, sin embargo, no puedan formar ATP.

Control Respiratorio y Consecuencias del Desacoplamiento

Esto deriva de la existencia del control respiratorio: la célula normal requiere de ADP para que funcione su sistema de fosforilación y, con él, la respiración. Si se utiliza una sustancia que desacople o separe la respiración de la fosforilación, se perderá tal control y, en esas condiciones, se desata la respiración aun en ausencia de ADP. Por otra parte, en estas condiciones, nada de la energía se aprovecha y toda se transforma en calor. Los agentes desacoplantes actúan equilibrando las diferentes concentraciones de protones que pueden existir a ambos lados de la membrana mitocondrial. Al realizar esto, impiden que la energía del gradiente electroquímico sea captada por el sistema fosforilante. Esto implica que la energía del gradiente no se transformará en energía química, sino en calor. Esta es probablemente la razón por la cual los enfermos de tirotoxicosis frecuentemente presentan hipertermia. La tiroxina, hormona de la glándula tiroides, si se produce en exceso, produce el efecto de un agente desacoplante, lo que genera este tipo de alteración en la transformación de energía. Además de la hipertermia, estos enfermos tienen elevados requerimientos de oxígeno; a pesar de que ingieran mayores cantidades de alimentos, suelen perder peso, toleran mal el calor, etc. En suma, la mayor parte de sus síntomas pueden atribuirse a un desacoplamiento de la fosforilación oxidativa.