Hidrogenosomas: orgánulos anaerobios que generan ATP sin oxígeno
Un hidrogenosoma es un orgánulo con membrana presente en algunos ciliados y en protistas que viven en ambientes anaerobios, en microorganismos asociados a la tricomoniasis (por ejemplo el parásito Trichomonas), en ciertos hongos anaerobios y en algunos metazoos. Los hidrogenosomas más estudiados son los de las tricomonas; estos organelos producen ATP mediante rutas metabólicas de fermentación que no requieren oxígeno. Aunque sus funciones y enzimas difieren, se piensa que los hidrogenosomas evolucionaron a partir de mitocondrias ancestrales y comparten varios rasgos estructurales y proteicos con ellas.
Estructura y bioquímica
Los hidrogenosomas suelen estar rodeados por una doble membrana, como las mitocondrias, pero a menudo carecen de ADN propio o lo tienen muy reducido. Importan la mayoría de sus proteínas desde el núcleo celular mediante señales de targeting parecidas a las mitocondriales. Entre las reacciones bioquímicas características están:
- Descarboxilación oxidativa del piruvato por la enzima pyruvate:ferredoxin oxidoreductase (PFO), generando acetil-CoA y electrones reducidos.
- Transferencia de electrones a ferredoxina y su reoxidación por hidrogenasa, que produce H2 como subproducto (de ahí el nombre hidrogenosoma).
- Formación de ATP por fosforilación a nivel de sustrato a partir del acetil-CoA (p. ej. mediante acetil-CoA sintetasa/acetato quinasa en algunos organismos).
En organismos como Trichomonas vaginalis, la activación de ciertos fármacos (p. ej. el metronidazol) tiene lugar en el hidrogenosoma: los sistemas de reducción allí contenidos generan especies reactivas que activan el compuesto, lo que explica la eficacia terapéutica frente a estas infecciones.
Origen evolutivo y relación con mitocondrias y mitosomas
La evidencia filogenética y bioquímica indica que los hidrogenosomas son derivados modificados de mitocondrias. Con la adaptación a ambientes anóxicos perdieron muchas funciones respiratorias dependientes de oxígeno y, en algunos casos, el genoma mitocondrial. Otros orgánulos relacionados son los mitosomas, que también derivan de mitocondrias pero han perdido la capacidad de generar ATP y conservan funciones limitadas (por ejemplo, la biosíntesis de grupos Fe–S).
Distribución, importancia ecológica y hallazgos en metazoos
Los hidrogenosomas aparecen en distintos linajes eucariotas adaptados a la falta de oxígeno: protistas anaerobios, hongos del tracto digestivo de rumiantes (por ejemplo algunos Neocallimastigomycota) y, según informes de 2010, se describieron por primera vez metazoos anaeróbicos que albergan orgánulos similares a hidrogenosomas. Estos metazoos, pertenecientes al grupo Loricifera, fueron encontrados en sedimentos bajo piscinas de salmuera profundas como la cuenca de L'Atalante, ambientes completamente anóxicos.
Desde el punto de vista ecológico, la producción de hidrógeno por hidrogenosomas puede mantener consorcios microbianos (por ejemplo, facilitando la actividad de metanógenos que consumen H2), y en ambientes intestinales contribuyen a las rutas fermentativas que descomponen materia orgánica.
Relevancia para la investigación
Los hidrogenosomas son un ejemplo claro de la plasticidad evolutiva de orgánulos derivados de mitocondrias frente a condiciones ambientales extremas. Su estudio ayuda a comprender:
- Los mecanismos de pérdida y retención de funciones mitocondriales.
- La biología de parásitos relevantes para la salud humana y los mecanismos de acción de fármacos antiprotozoarios.
- Las adaptaciones a la vida en ambientes anóxicos extremos y las interacciones simbióticas microbianas dependientes de hidrógeno.
Quedan preguntas abiertas sobre la diversidad bioquímica de hidrogenosomas en distintos grupos, la frecuencia con que conservan ADN propio y los detalles de su origen evolutivo; por ello siguen siendo un foco activo de investigación en biología celular y evolución.
Abb.1: Modelo de síntesis de ATP en los hidrogenosomas. abb.: CoA = Coenzima A
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un hidrogenosoma?
R: Un hidrogenosoma es un orgánulo cerrado por una membrana que se encuentra en algunos ciliados anaerobios, tricomonas, hongos y algunos metazoos.
P: ¿Cuál es la función de los hidrogenosomas en las tricomonas?
R: Los hidrogenosomas de las tricomonas producen ATP mediante un complejo ciclo metabólico que no requiere oxígeno.
P: ¿Cómo evolucionaron los hidrogenosomas?
R: Se cree que los hidrogenosomas evolucionaron a partir de las mitocondrias, ya que su estructura es similar.
P: ¿Qué organismos tienen orgánulos similares a los hidrogenosomas?
R: En 2010, los científicos descubrieron Loricifera, unos metazoos anaeróbicos que viven en sedimentos bajo pozas de salmuera de aguas profundas, como la cuenca de L'Atalante, con orgánulos similares a hidrogenosomas.
P: ¿Qué tipo de entorno tienen las piscinas de salmuera como la de L'Atalante?
R: Las piscinas de salmuera como la de L'Atalante carecen por completo de oxígeno, por lo que son anóxicas.
P: ¿Tienen hidrogenosomas todos los ciliados anaerobios, tricomonas, hongos y metazoos?
R: No, sólo algunos ciliados anaerobios, tricomonas, hongos y unos pocos metazoos tienen hidrogenosomas.
P: ¿En qué se diferencia el ciclo metabólico de los hidrogenosomas del de las mitocondrias?
R: El ciclo metabólico de los hidrogenosomas no utiliza oxígeno.
