Introducción a la Radiación Ultra Violeta y Ozono

El Sol es una esfera gaseosa como la mayor parte de las estrellas, su s principales componentes son el hidrógeno y e helio. Debido a las grandes presiones el hidrógeno del núcleo se convierte en helio liberando una pequeña ráfaga de energía que pierde intensidad en su camino a la superficie convirtiéndose en luz visible y rayos infrarrojos en su mayor parte. Su temperatura central es de 15 millones de °C y en la superficie llega a 5 mil °C.

La energía que recibe la Tierra proviene de una delgada capa del Sol, llamada fotosfera o corteza que se encuentra a elevada temperatura a (4000 a 6000 K). La energía que mantiene esta temperatura tiene su origen último en reacciones termonucleares que se producen en la parte central del Sol y que transforma en cada segundo 400 millones de toneladas de hidrógeno en helio aproximadamente.  La radiación emitida por el Sol comprende una gama continúa y extensa de longitudes de onda desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, pasando por rayos X, ultravioleta (UV), visible, infrarrojo (IR) y microondas.

Una parte de las radiaciones UV es absorbida por la atmósfera, específicamente el ozono es el responsable de esto protegiendo a los organismos biológicos que son muy susceptibles a daños por estas radiaciones.  En pequeña medida este tipo de radiación contribuye a la función fotosintética en plantas  y la síntesis de vitamina D en animales. Es decir su presencia en la atmósfera se encuentra en un equilibrio crítico y cualquier desplazamiento de equilibrio  puede tener resultados impredecibles. Pero en los últimos años la actividad industrial del hombre ha tenido en efecto en la destrucción del ozono principalmente en la región de la Antártida.

Para efectos de estudio las radiaciones UV se dividen en 3 tipos según sus longitudes:

a) UV-A: 320 a 400 nm; esta radiación no se absorbe por el ozono.

b) UV-B: 280 a 320 nm; esta radiación es sumamente sensible a las variaciones de [] ozono.

c) UV-C: menos de 280 nm; esta radiación experimentaría un cambio sólo si 90% de la capa de hidrógeno se destruyera.

Y esto ha sido constatado pues conforme se ha dañado la capa de ozono estas radiaciones de UV-B han ido en aumento.  La capa de ozono no se encuentra como una capa nebulosa que encapota la Tierra, sino que es un gas muy escaso (no alcanza ni las ppm  de los gases de la atmósfera) que se encuentra altamente diluido en el aire. La formación del ozono tiene lugar en la alta estratosfera por la acción de los rayos UV y el oxígeno molecular  y las posteriores reacciones químicas que se producen.  El ozono es el principal causante de la distribución de temperaturas estratosféricas. En donde las temperaturas estratosféricas superiores se encuentran en la alta estratosfera y las inferiores en la baja estratosfera.  A lo largo del año las mayores cantidades de ozono se producen en las zonas ecuatoriales y las ondas de gravedad lo trasladan a latitudes mayores que en esa época estén en invierno, de tal forma que pese a ser la zona de mayor producción de ozono, es en donde se encuentra en menores cantidades.

Específicamente en los humanos  existe una relación entre la dosis de UV-B recibida y la aparición de lesiones oculares y cutáneas  y estas pueden ir desde una quemadura solar hasta cáncer de piel. Pero esto no ha sido cuantificado exactamente pues esto depende de muchos factores como color y tono de piel, hábitos de vida y lugar de residencia. Las macromoléculas orgánicas, en especial el ADN  son muy sensibles a los cambios en estas radiaciones por lo que una disminución en la capa de ozono podría tener efectos mutágenos en muchas especies a su vez la fotosíntesis vegetal puede ser ligeramente inhibida afectando la relación oxígeno­-dióxido de carbono.

Los efectos de la radiación UV  en los seres vivos son muy diversos por lo cual a aumentado su estudio en los últimos 20 años. Además de las lesiones cutáneas y oculares se descubrió que a nivel de ADN las radiaciones UV afectan directamente las bases pirimídicas produciendo efectos oncogénicos y específicos en fotocarcinogénesis. Considerando la dosis eritemátrica mínima (Minimal Erithematic Dose) que depende del color y tono de piel y el índice UV (1UVi corresponde a una irradiancia de 1/40 w/m2) se tienen que tomar unas u otras medidas  para evitar el daño por radiaciones UV, a continuación presentamos una tabla: 

Una vez conociendo nuestro tipo de piel hemos de adoptar medida de protección para este tipo y tomando en cuenta la intensidad de loa rayos UV. Las siguientes medidas son una guía para dicha decisión: 

                                                    

Es importante tomar esto en cuenta así como nuestra contribución a la destrucción de la capa de ozono para prevenir daños a nuestra persona, el medio ambiente y la Tierra en general.

Universidad de Valladolid. Facultad de Ciencias. Introducción a la radiación Ultra Violeta y Ozono. España

Fotosíntesis

La energía solar que llega la biosfera (~3.1024 J/año) es captada y convertida en biomasa por los ecosistemas terrestre y acuático con una eficiencia del 0,1% (~3.1021 J/año) almacenándose en 200 Gt (peso seco) de material vegetal por año a expensas de la energía solar, pues ~30 GJ corresponde a la síntesis de ~2 toneladas biomasa. Aunque el ecosistema acuático cubre aproximadamente 2/3 de la superficie de la Tierra, produce aproximadamente la misma cantidad de biomasa que el terrestre, debido a que éste presenta una eficiencia que al menos duplica la del marino. A continuación una tabla de porcentaje de producción de biomasa.

Ecosistema Terrestre:    Bosques 70%

                                                Praderas y sabanas 20%

                                                Cultivos agrícolas 10%

Ecosistema marino:         Fitoplancton 90%

                                                Macrófitas 10%

La fotobiología comprende una franja estrechísima de 300 a 1100 nanómetros, de la que dependen la visión, las taxias, los tropismos, la dormición, la floración, la maduración, y sobre todo la fotosíntesis.. Estos procesos no pueden tener lugar en la región ultravioleta o la del infrarrojo lejano, porque las radiaciones de estas longitudes de onda no son apropiadas para las reacciones fotobiológicas. Los límites energéticos de la fotobiología se sitúan más o menos, entre 100 y 400 pues con una energía superior a 400 kJ/mol, incompatibles con la vida porque pueden romper enlaces en las macromoléculas biológicas, tales como ácidos nucleicos y proteínas.

Existen dos tipos de fotosíntesis, una llamada oxigénica que es llevada a cabo por las plantas, algas y cianobacterias y el agente reductor es el agua; otra anoxigénica que es cumplida por bacterias donde diversos compuestos orgánicos u inorgánicos actúan como donadores de electrones, según la especie. La unidad fotosintética básica está constituida por moléculas de clorofilas y otros pigmentos que actúan como antenas y por clorofila a especializada. Existen distintos tipos de clorofila pero todos tienen un anillo tetrapirrólico cíclico (porfirina) con un átomo de magnesio en el centro.

Las clorofilas a, b y d poseen una larga cadena hidrófoba de fitol que les permite anclarse en las membranas biológicas, en tanto que la clorofila c carece de este resto hidrocarbonado. Las distintas formas de clorofila actúan en su mayoría como pigmentos antena,  existen moléculas especializadas de clorofila a para plantas y algas: P680 en el fotosistema II, P700 en el fotosistema I y  para bacterias se encuentran bacterioclorofilas de tipo a y b, en los centros de reacción: P840 en las bacterias verdes y P870 en las purpúreas. Los otros pigmentos que forman parte de las antenas fotosintéticas realizan exclusivamente funciones de fotorrecepción.

Los pigmentos fotosintéticos en las bacterias verdes y purpúreas se disponen en estructuras conocidas como clorosomas y cromatóforos, respectivamente. Y organismos con fotosíntesis oxigénica, los pigmentos están localizados en los tilacoides que en algas y plantas superiores se agrupan en pilas llamdas granas que se conectan entre si por lamelas dentro de los cloroplastos.

Se encuentran 3 tipos de complejos de la clorofila:

a)      El complejo colector de luz donde se integran la mayoría de las antenas de clorofilas y pigmentos accesorios;

b)      y c) Fotosistema I y II, donde ocurre la fotosíntesis. Ambos fotosistemas se conectan entre sí mediante una serie de transportadores de electrones y por el complejo de citocromos hidrofóbicos b6f, dentro de las  membranas tilacoidales.

La molécula de clorofila se excita por la luz y cede uno de sus e- más externos al aceptor, quedando la clorofina oxidada y el aceptor reducido. La clorofila oxidada actúa, por su parte, como un fuerte agente oxidante que capta un electrón del donador. Éste se oxida y la clorofila recupera su estado original. El donador oxidado y el aceptor reducido recuperan su estado original al interaccionar con los sistemas redox vecinos del aparato fotosintético. De esta manera se transfieren los e- impulsados por la luz de un compuesto a otro a través de las denominadas cadenas de transporte fotosintético de e-. Los componentes de estas cadenas suelen ser proteínas de origen hemínico (citocromos), átomos de cobre (plastocianina) o centros sulfoférricos (ferredoxina), así como feofitinas y quinonas, variando de unos organismos a otros en función del tipo de fotosíntesis que llevan a cabo.

En resumen, las tres fases del ciclo reductivo de las pentosa-fosfato o ciclo de Calvin a) la primera fase carboxilativa b) la segunda reductiva y la c) tercera fase regenerativa conducen a la formación neta de una molécula de gliceraldehído-3-fosfato a partir de tres moléculas de CO2, para lo cual se requiere el aporte de un total de seis moléculas de NADPH y nueve de ATP. La gran mayoría de los plantas (musgos, helechos, árboles etc.) siguen la vía normal C5 + C1/2=C3, así como las bacterias fotosintéticas, cianobacterias y algas. Denominamos a las plantas que llevan a cabo esta fotosíntesis C3.

Existen otros dos tipos de fotosíntesis para plantas C4 y CAM. Las plantas C4 utilizan la ruta auxiliar C3 + C1 = C4 en la que el CO2 se incorpora al fosfoenol piruvato para dar oxalacetato (4 carbonos)  que se reduce a malato o aspartato (según la especie). Éste pasa de las células del mesófilo a las de la vaina del haz vascular, donde se descarboxila y libera el CO2 previamente fijado. De este modo aumenta la concentración de CO2 en los cloroplastos de las células de la vaina, favoreciendo la actividad carboxilasa de la enzima RubisCO en comparación su  act. oxigenasa y así aumenta la eficiencia de la fijación de CO2 por la ruta del ciclo de Calvin. Para las plantas suculentas o CAM la difusión del CO2 hacia los tejidos es nocturna. El primer compuesto producido tiene cuatro átomos de carbono y a la luz del día siguiente, ocurre la segunda etapa de las reacciones fotosintéticas que precisa la enzima RubisCO.

Carrillo, L. (2004). Energía de Biomasa. Fotosíntesis. 1ra ed. 1er título Energía y Reciclado de Basura

La Mitocondria y el Corazón

Envejecimiento se puede definir como un impedimento general progresivo de las funciones normales, el cual resulta en un aumento de la vulnerabilidad a los retos del medio ambiente  y un riesgo creciente de enfermedad y muerte.  Durante los últimos 20 años diversos estudios científicos han señalado que existen diferentes rutas moleculares envueltas en el proceso de envejecimiento y  específicamente han marcado el rol de la mitocondria como uno de los aspectos determinantes en la longevidad.  

Las mitocondrias tienen un rol central en el metabolismo energético porque la energía que resulta del proceso de oxidación de los alimentos se transforma en ATP, la moneda energética en la célula. Este proceso depende del oxígeno y cuando la cantidad de éste es limitada se metabolizan productos glucolíticos en el citosol por la respiración anaerobia que es menos eficiente pero independiente de la mitocondria. 

Las teorías de envejecimiento de las mitocondrias  mencionan que aún cuando el proceso de fosforilación sea eficiente un pequeño porcentaje de electrones se fuga de la cadena de transporte de electrones (ETC) particularmente de los complejos I y III durante la respiración normal, reduciendo el oxígeno prematuramente y formando especies reactivas de oxígeno (ROS). Los Ros producidos en la mitocondria representan el 90% de los ROS totales producidos en la célula. El hecho de que la cadena de electrones sea la principal productora de ROS lleva a la conjetura de que las mitocondrias son las más afectadas por el daño oxidativo y por lo tanto la teoría del envejecimiento de las mitocondrias esta correlacionada con la teoría de los radicales libres. 

Esto a la vez es muy interesante conceptualmente pues las mitocondrias son el único  organelo en las células que poseen su propio ADN. Igualmente ha habido diversos estudios genéticos, bioenergéticos y bioquímicos que sugieren que con el tiempo  las mitocondrias se vuelven más grandes y menos numerosas, la actividad de la cadena de enzimas respiratorias decrece, igualmente decrece el potencial de membrana del cual depende la producción de ATP y la cantidad de daño oxidativo en las proteínas y el ADNmt aumenta  pues se comienzan a acumular diversas mutaciones de ADNmt. Pero las diversas teorías se oponen pues no se ha logrado establecer clara y exactamente una relación directa con las mutaciones de ADNmt. Y el aumento de producción de ROS. Lo que sí se puede afirmar es que las mutaciones puntuales del DNAmt. en genes que codifican proteínas dan como consecuencia  una reducción en el ensamblaje de los complejos de la cadena de respiración mitocondrial. 

Diversas teorías acerca del envejecimiento se han gestado desde los tiemp0s de Aristóteles quien decía que teníamos una cantidad finita de sustancia vital y Pearl en 1928 quien sugirió que existe una relación entre el rendimiento metabólico de un organismo y su longevidad. En el siglo XX surge de nuevo la idea: el consumo energético limita la longevidad. Pero después del descubrimiento del estrés oxidativo y el surgimiento de la teoría de los radicales libres se hicieron estudios que demostraron que el rendimiento metabólico y la longevidad no estaban inversamente relacionados como se había pensado.  Por otro lado la teoría de desacoplar para sobrevivir tuvo más éxito y propone que el metabolismo energético tiene una relación positiva con la longevidad. Esto estaba sustentado por el hecho de que en estudios con ratones con intensidades metabólicas altas tenían una conducción mayor de protones en la membrana interna de las mitocondrias en músculo esquelético.

Esta teoría también se basa en la noción de que la ineficiencia en el ATP mitocondrial puede ser necesaria para reducir la producción de ROS en la célula. Una fuerza de movilidad alta de protones  que maneja una síntesis eficiente de ATP viene acompañada de un alto costo adicional  la producción de ROS. Pues la producción de ROS depende grandemente de la fuerza de movimiento de protones, por lo tanto la fuga o escape de protones resulta en un límite en la producción de daño oxidativo.  Igualmente existen las proteínas desacopladoras (UPCs) con la misma función de desaparear además disipan el gradiente de protones en forma de calor. Pero en contraste otros estudios han señalado que ni los ROS ni el daño oxidativo son regulados de ninguna manera por las UPCs y por lo tanto se discute en contra del papel de protección que tienen las UPCs del daño oxidativo.

Bratic, I. (2010). Mitochondrial Energy metabolism and aging. Division of Metabolic Diseases. University of Cologne. Germany

Metabolismo Energético Mitocondrial y Envejecimiento

Envejecimiento se puede definir como un impedimento general progresivo de las funciones normales, el cual resulta en un aumento de la vulnerabilidad a los retos del medio ambiente  y un riesgo creciente de enfermedad y muerte.  Durante los últimos 20 años diversos estudios científicos han señalado que existen diferentes rutas moleculares envueltas en el proceso de envejecimiento y  específicamente han marcado el rol de la mitocondria como uno de los aspectos determinantes en la longevidad.  

Las mitocondrias tienen un rol central en el metabolismo energético porque la energía que resulta del proceso de oxidación de los alimentos se transforma en ATP, la moneda energética en la célula. Este proceso depende del oxígeno y cuando la cantidad de éste es limitada se metabolizan productos glucolíticos en el citosol por la respiración anaerobia que es menos eficiente pero independiente de la mitocondria.

Las teorías de envejecimiento de las mitocondrias  mencionan que aún cuando el proceso de fosforilación sea eficiente un pequeño porcentaje de electrones se fuga de la cadena de transporte de electrones (ETC) particularmente de los complejos I y III durante la respiración normal, reduciendo el oxígeno prematuramente y formando especies reactivas de oxígeno (ROS). Los Ros producidos en la mitocondria representan el 90% de los ROS totales producidos en la célula. EL hecho de que la cadena de electrones sea la principal productora de ROS lleva a la conjetura de que las mitocondrias son las más afectadas por el daño oxidativo y por lo tanto la teoría del envejecimiento de las mitocondrias esta correlacionada con la teoría de los radicales libres. Esto a la vez es muy interesante conceptualmente pues las mitocondrias son el único  organelo en las células que poseen su propio ADN. Igualmente ha habido diversos estudios genéticos, bioenergéticos y bioquímicos que sugieren que con el tiempo  las mitocondrias se vuelven más grandes y menos numerosas, la actividad de la cadena de enzimas respiratorias decrece, igualmente decrece el potencial de membrana del cual depende la producción de ATP y la cantidad de daño oxidativo en las proteínas y el ADNmt aumenta  pues se comienzan a acumular diversas mutaciones de ADNmt. Pero las diversas teorías se oponen pues no se ha logrado establecer clara y exactamente una relación directa con las mutaciones de ADNmt. Y el aumento de producción de ROS. Lo que sí se puede afirmar es que las mutaciones puntuales del DNAmt. en genes que codifican proteínas dan como consecuencia  una reducción en el ensamblaje de los complejos de la cadena de respiración mitocondrial.

Diversas teorías acerca del envejecimiento se han gestado desde los tiemp0s de Aristóteles quien decía que teníamos una cantidad finita de sustancia vital y Pearl en 1928 quien sugirió que existe una relación entre el rendimiento metabólico de un organismo y su longevidad. En el siglo XX surge de nuevo la idea: el consumo energético limita la longevidad. Pero después del descubrimiento del estrés oxidativo y el surgimiento de la teoría de los radicales libres se hicieron estudios que demostraron que el rendimiento metabólico y la longevidad no estaban inversamente relacionados como se había pensado.  Por otro lado la teoría de desacoplar para sobrevivir tuvo más éxito y propone que el metabolismo energético tiene una relación positiva con la longevidad. Esto estaba sustentado por el hecho de que en estudios con ratones con intensidades metabólicas altas tenían una conducción mayor de protones en la membrana interna de las mitocondrias en músculo esquelético.

Esta teoría también se basa en la noción de que la ineficiencia en el ATP mitocondrial puede ser necesaria para reducir la producción de ROS en la célula. Una fuerza de movilidad alta de protones  que maneja una síntesis eficiente de ATP viene acompañada de un alto costo adicional  la producción de ROS. Pues la producción de ROS depende grandemente de la fuerza de movimiento de protones, por lo tanto la fuga o escape de protones resulta en un límite en la producción de daño oxidativo.  Igualmente existen las proteínas desacopladoras (UPCs) con la misma función de desaparear además disipan el gradiente de protones en forma de calor. Pero en contraste otros estudios han señalado que ni los ROS ni el daño oxidativo son regulados de ninguna manera por las UPCs y por lo tanto se discute en contra del papel de protección que tienen las UPCs del daño oxidativo.

Bratic, I. (2010). Mitochondrial Energy metabolism and aging. Division of Metabolic Diseases. University of Cologne. Germany

Los Compuetos de Fosfato de Alta y Baja Energía

La energía es una cuestión central en la vida y para vivir, los organismos vivos han encontrado varias maneras para interconvertir las diversas formas de energía disponibles en el ambiente. Los compuestos de fosfato son la materia biológica común de intercambio de energía y el ATP (adenosin trifosfato) el portador de energía más importante de la célula. Las ATP-asas son las encargadas de convertir la energía de la hidrólisis del ATP en trabajo, por medio de las enzimas. Pero no toda la energía se convierte a esto, sino que de la energía total parte de ella se disipa en forma de calor. En el pasado se consideraba primero que la energía obtenida en la hidrólisis de los compuestos fosfatados se obtenía  en el momento exacto de la hidrólisis del enlace de fosfato y segundo que la cantidad de energía liberada y la fracción de ella que se convierte en calor es siempre la misma sin importar si el compuesto se encuentra en solución o en la superficie de la enzima. Pero estos dos conceptos ya no son válidos actualmente.

Ahora sabemos que la energía de hidrólisis de los comp. fosfatados varia considerablemente dependiendo de si se encuentra en solución o en la superficie de la enzima. En los años 20s Fiske y Subbarow buscaban cuantificar el Pi (fosfato inorgánico) en tejidos animales y purificaron el ATP y fosfato de creatina sin conocer su importancia fisiológica. Tomaron varios años descubrir que portaban energía y que su ruptura proporciona energía para funciones como la contracción muscular. Fue  hasta 1941 Lipman presentó los conceptos de compuestos fosfatados “ricos” y “pobres” en energía. Lipman propuso que la energía proveniente de la hidrólisis de un comp. de fosfato depende de la naturaleza química del enlace que liga al fosfato con el resto de la célula. Dijo que los comp. de fosfato ricos en energía son los que presentan una Keq elevada para la hidrólisis en agua, e inversamente para los comp. de fosfato pobres con una Keq baja.  Y se pensaba que la trans. De grupos fostatos de un grupo a otro sólo dependía de la energía de hidrólisi de los enlaces. Pero la reacción reversa de regenerar una molécula de ATP hidrolizado en la céula es invertir invertir comp. de fosfato de igual o mayor energía que el ATP.

Antes de los 70s se creía que la energía de hidrólisis de los comp de fosfato sería la misma si estos se encontraran en una solución o en la superficie de la enzima. Pero George demostró que no pues al estar en solución, específicamente en contacto con agua estos interaccionan con ella, neutralizando la repulsión electrostática  y reforzando los puntos débiles  del enlace P-O-P generados por resonancia opuesta. George determino que la Keq para la hidrólisis de un comp. de fosfato se debe determinar por las diferencias de energía de solvatación de los reactivos y los productos. La cuál será mayor en medida que la Keq de los productos sea mayor.  Mientras más solvatada, más estable y por lo tanto menos reactiva. Y una pequeña fluctuación en la organización del solvente alrededor de las mol. sirve para explicar la energía de hidrólisis del comp. fosfatado cuantificado.

Hasta que en 1978 esta teoría fe revisada por Hayes  y colaboradores quienes calcularon la energía de hidrólisis en varios compuestos en fase gaseosa y en solución acuosa (solvatados). Y resultó que los comp. fosfatados de alta energía en solución acuosa no lo son en fase gaseosa, sino que en pesta son de baja energía. Esto fue sólo cierto para las moléculas de alta energía en sol. Acuosa, pues las de baja energía tanto en fase gaseosa como solución acuosa no presentan cambios en los valores calculados. Los resultados obtenidos fueron de suma importancia fisiológica, pues facilitaron la comprensión de la transducción de energía en procesos fisiológicos. Durante las últimas 4 décadas se demostró que la energía para realizar el trabajo no está disponible para la enzima en el momento de la ruptura del comp. de fosfato, sino antes. Pues se demostró que la secuencia es que la enzima se una al ATP, después de esto se realiza trabajo, sin que el compuesto sea hidrolizado. Lo cual disminuye la energía del comp. de fosfato y finalmente el fosfato se rompe y los productos se disocian de la enzima.  

En las reacciones que implican la transducción de energía, solamente una parte de la energía liberada durante la hidrólisis de ATP se convierte en trabajo y la otra parte se convierte en calor liberado para mantener la temperatura del cuerpo constante y alta. Se encontró recientemente que algunas enzimas pueden manejar la energía derivada de la hidrólisis de ATP de tal manera que determinan cuanta energía se utiliza para el trabajo y cuanta se disipa como calor. La cantidad de energía es la misma pero la fracción en que se divide es la que difiere, esto fue demostrado  para la Ca^2+-ATP-asa del retículo sarcoplasmático. Esto es de suma importancia  debido a sus implicaciones con la salud y enfermedad, pues las alteraciones de la termogénesis se observan en desordenes tales como la disminución del peso corporal y disfunción endócrina.

Flores Herrera, O. (2004). Los compuestos de fosfato de alta y baja energía. Mensaje Bioquímico, col. XXVIII. Dpto. de Bioquímica. Fac. de Medicina. UNAM. cd. de México

Función Mitocondrial como Determinante en la Esperanza de Vida

A pesar de que la esperanza de vida ha aumentado progresivamente varias décadas gracias a las mejoras en la nutrición, vacunación, agentes antimicrobiales, el tratamiento y prevención efectiva de enfermedades cardiovasculares y cáncer etc. el máximo de la esperanza ha cambiado mínimamente.  La restricción calórica CR aumenta la esperanza máxima de vida en varias especies y esto se relaciona con mejoras en el funcionamiento mitocondrial, aunque esto no se ha demostrado en humanos.  El propósito de este artículo es implicar a la mitocondria como un factor de suprema importancia en el proceso de senescencia.  La  hipótesis  de  envejecimiento que lidera es la teoría del envejecimiento de Harman, la cual menciona  que los radicales libres de oxígeno  (especies reactivas de oxígeno, por sus iniciales en inglés ROS) producidos durante el proceso celular de respiración causan daño acumulativo a  moléculas que eventualmente causarían la pérdida de funcionalidad del organismo  y ultimadamente la muerte. Y dado que los ROS se producen en la mitocondria durante el transporte de electrones, la atención en las investigaciones de envejecimiento  se ha centrado específicamente en la mitocondria.

La mayoría de los estudios de la mitocondria se han dado en músculo esquelético pues es un tejido postmitótico, las muestras son fáciles de obtener y es bien conocido que la función muscular disminuye dramáticamente con la edad. Estudios de microscopia han demostrado que la densidad de volumen decrece con el envejecimiento. Una densidad de volumen menor resulta en una disminuida capacidad de fosforilación oxidativa. Existen estudios que han demostrado que la capacidad oxidativa de la mitocondria decrece de un 8 a 5% por década. Es decir los cambios por el envejecimiento entre los niveles de expresión genética y el montaje de los organelos funcionales son mayormente los responsables por el declive en la función mitocondrial. Esto se evidencia con la disminución de los niveles de transcripción del RNA mitocondrial (mRNA), igualmente el ADN mitocondrial disminuye, con lo cual también disminuye la transcripción de genes y por lo tanto las proteínas codificadas por él. Por ello las función catalítica de enzimas fundamentales. La susceptibilidad del DNA mitocondrial (mtDNA)  radica en el hecho de su proximidad con a la fuente de ROS y la falta de proteínas protectoras como las histonas. Y los efectos sobre los lípidos se manifiestan en la fluidez de las membranas.

A pesar del riesgo que representan los ROS, la célula no se encuentra desprovista de protección pues cuenta con sistemas antioxidantes. Los superoxidos son convertidos a H₂O₂ por medio de la acción de la superóxido dismutasa (SOD1) en la matriz mitocondrial y la superóxido dismutasa de cobre-zinc (SOD2). Estos dos sistemas de enzimas antioxidantes le permiten a la célula obtener los beneficios energéticos de la mitocondria minimizando los efectos dañinos de los ROS. De esta manera Harman establece en su teoría que existe una relación que dicta que la esperanza de vida es inversamente proporcional a la taza metabólica que a su vez es proporcional al consumo de oxígeno. Y finalmente para responder a la pregunta de si se puede establecer una relación entre niveles elevados de ROS y la disfuncionalidad de la mitocondria relacionada con el envejecimiento se cuenta con varios postulados. Al permitirse la fuga de protones en ausencia de fosforilación de ADP (desacoplamiento) se disipa el potencial de membrana (ΔΨm) y se reduce la producción de ROS. Igualmente existen proteínas de desacoplamiento (UCPs) que juegan un papel importante en el proceso de desacoplamiento.

Por ello el acoplamiento de las mitocondrias, más allá de su capacidad puede ser una clave determinante del envejecimiento celular pues inflige directamente en la producción de ROS. Igualmente las pruebas que demuestran que el ejercicio de resistencia estimula la biogénesis de las mitocondrias (aumentando la expresión y actividades de las enzimas mitocondriales así como aumenta la capacidad total de los tejidos para el metabolismo oxidativo) son un referente confiable de la clara relación entre el metabolismo de las mitocondrias y el envejecimiento.

LANZA, R Ian. (2010). Mitochondrial function as a determinant of life span .Integrative Physiology. Div..of Endocrinology