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Archivo de 9 mayo 2008

El tamaño. Esa es la diferencia entre cómo funciona una máquina hecha por humanos y cómo actúa la maquinaria celular. El tamaño y todo lo que trae consigo. Las piezas no son la diferencia. Una célula tiene tijeras, pinzas, rotores, palancas, muelles, motores, pestillos, ejes, bisagras, interruptures, etc.). No, es el tamaño. ¿Y por qué?

Porque en una máquina tan pequeña como una proteína el vendaval de moléculas de agua chocando es relevante. Muy relevante.

El mundo está lleno de moléculas. El aire a nuestro alrededor son moléculas. Muy separadas entre sí, pero moléculas. Chocando constantemente con nosotros. Y si no, que se lo pregunten a un ciclista que pedalea con el viento de cara. ¿Notará la fuerza del viento? Pues imagínate el agua, en la que todas las moléculas están muy cerquita entre sí, y todas moviéndose continuamente. Y chocando con todo lo que esté sumergido en ella.

A eso se le llama movimiento browniano. ¿Que el nombre es raro? Pues haberlo descubierto tú, en vez de Robert Brown y haberle puesto tu nombre. Movimiento browniano entonces. Si quieres ver una simulación aquí, ten en cuenta que es mejor dar en la casilla “ver moléculas” y que puedes pinchar en el objeto amarillo y moverlo, para que choque con las moléculas de agua y las acelere. Luego, si quieres quita la marca de “ver moléculas” y comprobarás la trayectoria errática del objeto amarillo.

Vuelvo a las proteínas. Si has visto la simulación, comprenderás que las proteínas están bombardeadas continuamente por ese vendaval de moléculas de agua. ¿Con cuánta fuerza le pegan? Pues a más temperatura, más impactos y más fuertes, porque más rápido se mueven las moléculas de agua. Hay una ecuación que dice que la temperatura está relacionada con la energía mediante una cifra llamada constante de Boltzmann (¡hay que ver lo que estudia la gente!). La expresión matemática es sencilla:F = kT, siendo k esa constante y T la temperatura en grados kelvin.

La cuestión es que, sobre las proteínas se ejercen fuerzas, a temperatura ambiente, de 4 piconewton. O lo que es lo mismo, que no te estarás enterando de nada con eso de piconewton, de la diezbillonésima parte del peso de un objeto de 1 Kg. ¡Uf! Parece poquísimo.

Microscopio de fuerza atómica

¡Es poquísimo! Para ti.

Para una proteína, tan pequeñita ella, no es poco. Tiene que tenerlo en cuenta. Si la proteína no es fuerte, el mero choque de las moléculas de agua le quitará la forma y, por tanto, la función. Pero si la proteína es muy fuerte, será difícil que modifique su forma. Y cambiar su forma es importante cuando quiere ejecutar una función (imagina unas tijeras atascadas). Así, existen regiones en las proteínas que se encargan de mantener la forma, con enlaces. Y esos enlaces suponen barreras energéticas para el cambio de estructura. Llegan hasta unos 25 piconewton. Que es la energía que libera el ATP cuando se rompe. Ya te contaba yo del ATP en “Un premio y el futuro“, pero te recuerdo que es la molécula que usamos los seres vivos para guardar energía. Así que, rompiendo un ATP puedo lograr cambios en las proteínas. En su forma y en su funcionamiento.

Han inventado una maquinita para medir las fuerzas en las proteínas, y para predecir, por tanto, su estabilidad. Se llama microscopio de fuerza atómica. En realidad no lo han inventado para las proteínas. Pero lo han adaptado, de tal modo que, ahora, podemos saber cuánto resisten. Hay regiones de ellas, llamadas estructuras secundarias, que tienen distinta fuerza. Destacan las láminas beta antiparalelas, que actúan como un velcro. Luego las hélices alfa, como una cuerda. Y, finalmente, las láminas beta paralalelas o en espiral, que son más débiles. Las más débiles de todas las estructuras secundarias, quiero decir. No que sean débiles.

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Y es que esto de las fuerzas de las proteínas no es trivial. Todos los seres vivos cuentan con una maquinaria trituradora de proteínas. Llamada proteasoma. Que existe por dos razones. Porque están hechas de aminoácidos, que se pueden reutilizar para fabricar otras proteínas. Y porque hay que eliminarlas cuando no se necesitan. Cualquier proteína que deba ser rota por la célula es, primero, marcada por un procedimiento llamado ubiquitinación y luego entra en acción el proteasoma, cuando encuentra una proteína marcada, ubiquitinada. Primero la estira, luego la rompe aminoácido a aminoácido. El proteasoma es muy importante para reciclar aminoácidos, sí, pero también para eliminar proteínas aberrantes, incorrectas, mal plegadas. Que si permanecen pueden causar daños. Un ejemplo de proteasomas que funcionan mal ocurren en el alzheimer. Para que veas lo importante que es. Y cómo actúa, con qué eficacia, depende de la fuerza de las estructuras que se encuentre en una proteína. Puede suceder que, y así parece que ocurre en el alzheimer, una proteína aberrante, mal formada, sea demasiado fuerte, y el proteasoma no la pueda eliminar completamente. Acumulándose.

El microscopio de fuerza molecular actúa como el proteasoma cuando estira la proteína. Se ha inspirado en él. Y gracias a su uso hoy sabemos más acerca de cómo funciona, p. ej., el músculo. Como lo contaba Mariano Carrión, de la Universidad de Valencia, en el número de julio de 2007 de Investigación y Ciencia. Diciendo lo que había aprendido sobre una proteína que funciona como un muelle, llamada titina, estabilizando la unidad básica del músculo, llamada sarcómero.La titina sería esa cosita del gráfico que te pongo, que tiene forma de zig-zag, y que une el tronco grueso (la miosina) a las estructuras verticales (los filamentos Z).

Sarcómero con titina

Pero, además, la titina ha resultado estar presente en otros sistemas de proteínas. Como los que unen células entre sí (moléculas de adhesión celular). O como los que corrigen la forma de proteínas mal formadas pero todavía recuperables (chaperonas). O como los que llevan moléculas de un lado a otro de una membrana (translocasas). La titina ha resultado ser una proteína muy importante. Y saber cómo funciona puede dar mucha información acerca de múltiples enfermedades. O para construir, en un futuro espero que breve, máquinas pequenísimas. Nanomáquinas. Que lleven a cabo funciones microscópicas, algo que todavía no sabemos hacer.

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