{"id":128709,"date":"2025-10-01T08:47:18","date_gmt":"2025-10-01T06:47:18","guid":{"rendered":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/?p=128709"},"modified":"2026-02-02T16:48:51","modified_gmt":"2026-02-02T15:48:51","slug":"scientists-discover-a-key-role-of-protons-and-superoxide-ions-in-the-respiratory-chain","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ibecbarcelona.eu\/es\/descobert-un-paper-clau-dels-protons-i-els-ions-superoxid-en-la-cadena-respiratoria","title":{"rendered":"Descubierto un papel clave de los protones y los iones super\u00f3xido en la cadena respiratoria"},"content":{"rendered":"\n

Un estudio liderado por el Instituto de Bioingenier\u00eda de Catalu\u00f1a (IBEC) revela que los protones y las especies reactivas de ox\u00edgeno son mediadores en el transporte de carga a larga distancia en la cadena respiratoria mitocondrial, un proceso fundamental en la respiraci\u00f3n celular de los organismos. Comprender estos mecanismos es clave, ya que las mitocondrias act\u00faan como la central energ\u00e9tica de todas las c\u00e9lulas y su alteraci\u00f3n se asocia a numerosas enfermedades.<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Comparaci\u00f3n del centro activo del citocromo c en diferentes estados. (a) Forma reducida y (b) forma oxidada, donde se ve como cambia el comportamiento de algunos amino\u00e1cidos en funci\u00f3n del estado redox. (c) En verde, los residuos que muestran una diferencia significativa entre ambos estados y que coinciden con predicciones computacionales. El grupo hemo se muestra en amarillo.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Investigadores del Instituto de Bioingenier\u00eda de Catalu\u00f1a (IBEC)<\/strong> y el CIBER-BBN<\/strong>, en colaboraci\u00f3n con equipos de la Universidad de Barcelona (UB)<\/strong> y del Instituto de Investigaciones Qu\u00edmicas \u2013 cicCartuja, Universidad de Sevilla-CSIC<\/strong>, han descubierto que el transporte de carga a larga distancia entre dos prote\u00ednas clave de la cadena respiratoria mitocondrial \u2014el citocromo c<\/em> y el complejo respiratorio III tiene como mediadores los protones y el i\u00f3n super\u00f3xido, una especie reactiva de ox\u00edgeno. El estudio, publicado recientemente en la revista Small<\/em><\/a>, ha sido liderado por Pau Gorostiza<\/strong>, profesor de investigaci\u00f3n ICREA y jefe del grupo de Nanosondas y Nanoconmutadores<\/a> del IBEC, con Anna Lagunas<\/strong>, investigadora senior del grupo de Nanobioingenier\u00eda<\/a> del mismo centro, como primera autora. Ambos son tambi\u00e9n miembros del CIBER-BBN.<\/p>\n\n\n\n

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Entender estos mecanismos b\u00e1sicos es esencial, porque las mitocondrias son la central energ\u00e9tica de las c\u00e9lulas y su disfunci\u00f3n est\u00e1 relacionada con muchas enfermedades<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Anna Lagunas<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Aunque se trata de una investigaci\u00f3n fundamental, el impacto de este trabajo es doble: por un lado, ayuda a entender mejor la regulaci\u00f3n de la respiraci\u00f3n celular y, por otro, podr\u00eda inspirar nuevas aplicaciones en campos emergentes. \u00abEntender estos mecanismos b\u00e1sicos es esencial, porque las mitocondrias son la central energ\u00e9tica de las c\u00e9lulas y su disfunci\u00f3n est\u00e1 relacionada con muchas enfermedades\u00bb <\/em>detalla Lagunas. \u00abAdem\u00e1s, este hallazgo podr\u00eda inspirar el desarrollo de nuevos dispositivos prot\u00f3nicos, equivalentes a los electr\u00f3nicos pero que funcionan con carga positiva\u00bb<\/em>, a\u00f1ade Gorostiza.<\/p>\n\n\n\n

Este trabajo culmina una l\u00ednea de investigaci\u00f3n que todos estos equipos llevan desarrollando en colaboraci\u00f3n desde hace a\u00f1os y de la que en 2018 se publicaron los primeros resultados<\/a>, cuando los investigadores demostraron por primera vez que dos prote\u00ednas pod\u00edan transferir electrones a distancias sorprendentemente largas a trav\u00e9s de una soluci\u00f3n acuosa, sin necesidad de formar un complejo estable. Posteriormente, en 2022, se public\u00f3 un segundo estudio<\/a> que revel\u00f3 c\u00f3mo la fosforilaci\u00f3n regula este proceso y su relevancia en la se\u00f1alizaci\u00f3n celular. El nuevo art\u00edculo completa esta \u00abtrilog\u00eda\u00bb, en palabras de Pau Gorostiza: \u00abSon tres piezas de una misma historia. Este cap\u00edtulo de la serie deja abiertas algunas preguntas intrigantes, pero nos da una perspectiva mucho m\u00e1s amplia sobre c\u00f3mo puede funcionar este mecanismo fundamental\u00bb<\/em>.<\/a><\/p>\n\n\n\n

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Adem\u00e1s, este hallazgo podr\u00eda inspirar el desarrollo de nuevos dispositivos prot\u00f3nicos, equivalentes a los electr\u00f3nicos pero que funcionan con carga positiva<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Pau Gorostiza<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Aunque el transporte de electrones dentro de una misma prote\u00edna o complejo se ha estudiado con detalle con t\u00e9cnicas estructurales y funcionales, la transferencia electr\u00f3nica entre prote\u00ednas a\u00fan guarda algunos misterios. Esto se debe a la presencia del solvente acuoso y al car\u00e1cter din\u00e1mico y transitorio tanto de la interacci\u00f3n molecular entre las prote\u00ednas como del evento de transferencia electr\u00f3nica en s\u00ed. Precisamente, el nuevo trabajo del IBEC aborda este reto con t\u00e9cnicas nanom\u00e9tricas y de prote\u00ednas individuales y permite observar un proceso fundamental que hasta ahora hab\u00eda sido muy dif\u00edcil de investigar con t\u00e9cnicas macrosc\u00f3picas.<\/p>\n\n\n\n

<\/div>\n\n\n\n

El papel fundamental de los protones<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Para descubrir qui\u00e9n es el mediador de este transporte electr\u00f3nico a larga distancia a trav\u00e9s del agua, el equipo llev\u00f3 a cabo varios experimentos. En primer lugar, variaron la acidez (es decir, la concentraci\u00f3n de protones) de la soluci\u00f3n dentro de unos m\u00e1rgenes compatibles con la estabilidad de las prote\u00ednas y observaron que el transporte era m\u00e1s eficiente en condiciones ligeramente \u00e1cidas (con m\u00e1s protones). A continuaci\u00f3n, sustituyeron el medio habitual por agua pesada \u2014una variante del agua en la que los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno est\u00e1n sustituidos por deuterio, una forma m\u00e1s pesada de este elemento\u2014y comprobaron que el deuterio dificultaba el proceso. Ambos resultados apuntan al papel esencial de los protones en el transporte de carga. Finalmente, repitieron las medidas en soluciones con diferentes concentraciones de ox\u00edgeno disuelto y constataron que la ausencia de ox\u00edgeno acortaba la distancia de transporte entre las prote\u00ednas.<\/p>\n\n\n\n

Como explica Lagunas: \u00abEstos resultados nos indican que los protones y el ox\u00edgeno tienen un papel central en este mecanismo. Todo apunta a un proceso de transferencia de electrones acoplada a protones (proton-coupled electron transfer o PCET), donde el intercambio de un electr\u00f3n est\u00e1 \u00edntimamente ligado al de un prot\u00f3n, y que podr\u00eda implicar mecanismos de transporte de protones como el de Grotthuss, en el que cadenas de mol\u00e9culas de agua se pasan el prot\u00f3n como si se dieran la mano\u00bb<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Los investigadores tambi\u00e9n sugieren que el ani\u00f3n super\u00f3xido, una especie reactiva de ox\u00edgeno que se produce de manera natural en el complejo III y es relativamente estable, tambi\u00e9n podr\u00eda actuar como mediador en este proceso.<\/p>\n\n\n\n

Desde una perspectiva biol\u00f3gica, los profesores Irene D\u00edaz-Moreno<\/strong> y Miguel A. De la Rosa<\/strong> subrayan la relevancia de este hallazgo. Recuerdan que <\/strong>\u00abla eficiencia de la respiraci\u00f3n mitocondrial determina directamente la capacidad de la c\u00e9lula para producir ATP, la \u201cmoneda energ\u00e9tica\u201d que sostiene todos los procesos vitales. En un entorno celular congestionado (\u201ccrowding\u201d), optimizar la transferencia de electrones resulta esencial para aprovechar al m\u00e1ximo la energ\u00eda disponible, evitando p\u00e9rdidas y reduciendo la producci\u00f3n descontrolada de especies reactivas de ox\u00edgeno. Por ello, comprender c\u00f3mo protones y super\u00f3xido median la transferencia a larga distancia no solo ampl\u00eda el conocimiento b\u00e1sico, sino que tambi\u00e9n ofrece claves para entender c\u00f3mo se regula la eficiencia energ\u00e9tica celular y qu\u00e9 ocurre cuando este proceso se altera en enfermedades metab\u00f3licas y degenerativas\u00bb<\/em>.


Este estudio forma parte del proyecto\u00a0PHOTOTHERAPORT<\/a>, coordinado por el Instituto de Bioingenier\u00eda de Catalu\u00f1a (IBEC). El proyecto est\u00e1 financiado por el prestigioso programa Pathfinder Open del Consejo de Innovaci\u00f3n Europeo (EIC, por sus siglas en ingl\u00e9s) y se centra en el desarrollo de implantes luminiscentes y f\u00e1rmacos activados con luz para innovadoras terapias de neuromodulaci\u00f3n (Programa HORIZON-EIC-2023 PATHFINDEROPEN-01, n\u00ba 101130883). PHOTOTHERAPORT es un consorcio de 8 instituciones de 4 pa\u00edses que cuenta con una financiaci\u00f3n de 3 millones de euros durante 3 a\u00f1os para llevar a cabo el proyecto.<\/p>\n\n\n\n

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Art\u00edculo de referencia:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Anna Lagunas, Alexandre M. J. Gomila, Alba Nin-Hill, Alejandra Guerra-Castellano, Gonzalo P\u00e9rez-Mej\u00edas, Josep Samitier, Carme Rovira, Miguel A. De la Rosa, Irene D\u00edaz-Moreno, Pau Gorostiza. Long-Distance Charge Transport between Cytochrome c<\/em> and Complex III is Mediated by Protons and Reactive Oxygen Species. <\/strong>Small <\/em>(2025). DOI: 10.1002\/smll.202501286<\/a><\/strong><\/p>\n\n\n\n

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