Una superadaptación: el ciclo de Krebs

En los albores de la vida, los primeros protoogranismos o cuasiespecies,o como se prefiera, tuvieron que “darse cuenta” de que, al menos, en este universo, para hacer cualquier cosa necesitas energía. Energía, y cuánto más y más barata mejor. Las crisis energéticas o la explotación de una nueva fuente de energía paralizan o hacen despegar el avance industrial, de tal modo que clasificamos las diferentes fases de una civilización en función de las fuentes de energía que es capaz de utilizar. Este símil puede utilizarse también en biología, tanto más si el mismo Darwin se inspiró en los modelos económicos de la Inglaterra victoriana para desarrollar su teoría. Así que, ¿cómo utilizaron la energía los primeros organismos? Un invento absolutamente genial fue el de la fotosíntesis. Con abundante energía solar es de cajón que los primeros seres sumergidos en los océanos primitivos evolucionaran hacia mecanismos capaces de obtener energía del astro rey. Esto fue una gran revolución pero hablaremos de ella otro día. El sistema de obtención de energía más sencillo que encontramos en organismos procariotas es la fermentación.

Un prejuicio heredado de nuestra edad escolar es pensar que el oxígeno es algo maravilloso. Los seres humanos lo necesitamos para respirar y, debido a los efectos de la contaminación, tenemos la idea de que respiramos oxígeno (o más bien aire) de poca calidad. Por eso el oxígeno es casi sinónimo de vida y casi nos parece que sin él no podría existir. Nada más lejos de la realidad: el oxígeno es muy oxidante y tremendamente reactivo (¿qué es lo primero que necesitamos para prender un incendio?), de tal modo que es bastante nocivo para muchos organismos (los anaerobios estrictos no pueden vivir en su presencia). Es más, en la atmósfera primitiva no existía y no fue hasta que los vegetales fueron generándolo como fruto de la fotosíntesis, cuando nuestro mundo se empezó a llenar de él. Entonces tenemos organismos que necesitan energía en ausencia de oxígeno, y la principal formar de conseguirla es mediante la fermentación. El combustible orgánico por excelencia es el ATP, y éste puede conseguirse a partir de la glucosa. A este proceso químico se lo denomina glucólisis. La fermentación es una ruta metabólica que permite conseguir ATP sin oxígeno. Por cada molécula de glucosa se consiguen dos moléculas de ATP y dos de ácido pirúvico como deshecho.

Y entonces llegó la auténtica revolución, la nueva fase de la evolución que trasladó la historia natural a la edad industrial: apareció la célula eucariota (cuando hablo de ésto en clase suelo decir que la aparición de este microorganismo fue como si apareciera un portaaviones norteamericano actual en mitad de la Edad Media). Un ser muchísimo más complejo y avanzado que los procariotas necesitaba un mecanismo de obtención de energía a la altura de su sofisticación. Y lo consiguió. Según Lynn Margulis y su teoría de la endosimbiogénesis, el futuro organismo eucariota fagocitó una bacteria aeróbica y no la digirió, de modo que, al final, la acabó por incorporar a su propio organismo. La bacteria y la célula co-evolucionarion de modo que la bacteria acabó por transformarse en las actuales mitocondrias, las factorías de energía de las células que nos componen. ¿Y qué tiene de especial la mitocondria? Su forma de obtener energía. La mitocondria heredó de su pasado procariota la fermentación (todas las células animales la realizan menos, curiosamente, las neuronas, las cuales mueren rápidamente si se quedan sin oxígeno) pero añadió a su proceso químico el ciclo de Krebs (de una complejidad exasperante para los estudiantes de química) generando lo que comúnmente entendemos por respiración. En el ciclo de Krebs se utiliza el ácido pirúvico de deshecho de la fermentación y se lo reutiliza (estamos en los albores del reciclaje), oxidándolo mediante el oxígeno y dando como resultado una obtención óptima de energía. Si pensamos que con la mera fermentación se obtenían dos moléculas de ATP por cada una de glucosa, con todo el ciclo de respiración celular se consiguen 32 moléculas de ATP por cada glucosa… ¡Es 16 veces más eficiente que la fermentación! Del motor de un 600 hemos pasado al de un Fórmula 1.

El cliclo de Krebs constituye una de las mejores adaptaciones de la historia evolutiva y es un clarísimo ejemplo de evolución darwiniana: por un lado utilizamos una adaptación anterior (la fermentación) y reconvertimos un producto de deshecho como el ácido pirúvico en algo útil (clásica reutilización: la evolución trabaja con lo que hay), y por otro, nos adaptamos a un medioambiente (el oxígeno) que en otro momento era hostil. Evolución, amigos, simplemente evolución.

Y para los simpatizantes de la sci-fi, podríamos pensar cómo podríamos modificar las mitocondrias para hacer que produjesen aún más energía a menor coste. Imaginemos salvajemente lo que significaría poder introducir un nano-reactor nuclear dentro de las mitocondrias de nuestras células…