Nanotecnología para el estudio de los motores moleculares

 

Ya hemos visto en otras entradas que la moneda de intercambio de energía en

la célula es el ATP, y que esta energía se puede utilizar para impulsar procesos químicos que son energéticamente desfavorables. No obstante esta energía en forma de ATP también se puede utilizar para realizar un trabajo, y de realizar este trabajo se van a encargar los motores moleculares, capaces de convertir la energía química en mecánica.

En organismos eucariotas hay dos motores moleculares que son muy importantes para los procesos celulares, son las miosinas y las quinesinas, pero recordad que no son los únicos.

Destaco estos dos porque son ejemplos de motores que aparecen en todos los libros de texto de biología de cursos superiores como el Bachillerato. Por un lado la miosina es uno de los principales componentes del sarcómero, la unidad mínima que explica la contracción muscular. La miosina, como  muchos de vosotros ya habréis estudiado es una proteína que se intercala con los filamentos de actina y que se desliza sobre ellos en presencia de ATP. Mientras que la quinesina es una proteína que se desplaza usando los microtúbulos como guía, siendo muy importante en el transporte de vesículas y orgánulos en el interior de las células.

No voy a entrar en detalle en ninguno de los dos motores moleculares porque no es el objetivo de esta entrada, sin embargo sí que es objetivo explicar como se conocen mecanismos tan detallados de estos.

Cuando consultas un libro de textos puedes ver la descripción de la molécula, su masa, que residuos o motivos tiene más conservados…incluso la distancia que recorre la molécula sobre su guía con la hidrolisis del ATP, en el caso de la actina una media de 11 nm. Y aquí es donde salta la alarma. ¿Cómo saben esa distancia? ¿Que acaso lo han conseguido medir?

Pues sí, por increíble que parezca, y a pesar de estar hablando de dimensiones que incluso escapan de nuestra lógica, han conseguido medir el desplazamiento de estas moléculas mediante la nanotecnología.

Para el estudio del desplazamiento de la actina se ha utilizado una poderosa herramienta: la trampa óptica.

La trampa óptica se basa en la utilización de rayos láser con un enfoque muy preciso para mantener suspendidas en disolución unas pequeñas esferas y mantenerlas en esa posición (mirar esquema).

Como podéis ver se une a las esferas un filamento de actina, y por debajo se ha colocado un porta con una esfera con miosinas adheridas. Cuando se añade ATP en la disolución donde se encuentra todo el dispositivo se registra el desplazamiento relativo de las esferas en las trampas ópticas, con una precisión nanométrica, obteniendo gráficas como esta en que el desplazamiento va por golpes como se puede ver:

Para el desplazamiento de la quinesina sobre la miosina  se colocó un microtúbulo sobre un portaobjetos y se ancló una esfera a un dímero de quinesina (mirar esquema). Al igual que en el anterior se puede registrar el movimiento, pero en este caso el movimiento es mucho más progresivo que en la miosina porque el desplazamiento alterna la participación de dos dímeros, uno después de otro, como si la quinesina se pasease sobre el microtúbulo:


La verdad es que más que ciencia esto ya parece ciencia ficción…pero recordad que estos estudios son de los años 90…ya tienen más de una década.