Al apoyar la mano en una jarra de leche caliente, las c\u00e9lulas de la piel transforman la sensaci\u00f3n de calor en una tenue se\u00f1al el\u00e9ctrica, transmitida de una c\u00e9lula nerviosa a otra hasta llegar a la m\u00e9dula espinal, de la cual parte un reflejo hace que la mano se aleje de la lechera. Al igual que los impulsos el\u00e9ctricos, el mensaje sigue rumbo al cerebro, y all\u00ed es interpretado como una sensaci\u00f3n de dolor, como una secuencia de se\u00f1alizaciones qu\u00edmicas que transcurren en cent\u00e9simas de segundo. Reci\u00e9n entonces surge la consciencia de lo que pas\u00f3.<\/p>\n
Con base en simulaciones de computadora, f\u00edsicos y bi\u00f3logos de la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ) ayudaron a explicar c\u00f3mo se forman y c\u00f3mo se propagan esas se\u00f1ales el\u00e9ctricas -o los impulsos nerviosos, que, como se ha demostrado, son extremadamente dependientes de una estructura en forma de pinza de cabello o hebilla que se encuentra en la base de los poros de la membrana de la neurona. Adem\u00e1s de accionar el reflejo de alejar la mano de la lechera en respuesta al dolor, los impulsos nerviosos aseguran la propia supervivencia, por medio de actos involuntarios, al hacer que el coraz\u00f3n lata, o voluntarios, al permitir la selecci\u00f3n consciente de un camino en medio del tr\u00e1nsito, por ejemplo.<\/p>\n
Con base en las conclusiones a las que arrib\u00f3, el equipo carioca cre\u00f3 un abordaje que ayuda a detallar algo sumamente pr\u00e1ctico: la acci\u00f3n de los anest\u00e9sicos, medicamentos que disminuyen la sensibilidad al dolor, debido a que bloquean el paso de las se\u00f1ales el\u00e9ctricas a trav\u00e9s de las neuronas, las c\u00e9lulas nerviosas.En otra \u00e1rea, el grupo del f\u00edsico Pedro Geraldo Pascutti, del Instituto de Biof\u00edsica Carlos Chagas Filho, de la UFRJ, mostr\u00f3 de qu\u00e9 manera una prote\u00edna logra r\u00e1pidamente, inmediatamente despu\u00e9s ser producida, doblarse sobre s\u00ed misma, y adquirir en pocos minutos la forma espacial que le permite actuar de manera m\u00e1s eficiente en el organismo.<\/p>\n
Los pasos de este ballet parecen sencillos -y de hecho lo son-, pero nadie hasta ahora sab\u00eda de qu\u00e9 manera las prote\u00ednas siguen autom\u00e1ticamente ese gui\u00f3n. Debido a que son largas y flexibles, pueden sufrir torsiones y asumir millones de formas diferentes. Si una prote\u00edna cualquiera probase cada posibilidad, pasar\u00eda miles de millones de a\u00f1os antes de llegar a la forma m\u00e1s adecuada -y luego de transcurrido ese tiempo, probablemente se formar\u00edan solo organismos m\u00e1s sencillos.<\/p>\n
Impulsos nerviosos Con un nivel de detalle nunca antes alcanzado, el equipo de la UFRJ dedujo la forma de la tapa de ese poro: es una estructura similar a una pinza o hebilla de cabello curva, como si fuera un gancho. El grupo carioca mostr\u00f3 tambi\u00e9n c\u00f3mo se mueve esa tapa, c\u00f3mo sufre deformaciones y c\u00f3mo logra obturar el paso del canal situado del lado interno de las c\u00e9lulas. La consecuencia natural de este movimiento es el bloqueo del transporte de la se\u00f1al el\u00e9ctrica por la superficie de la neurona y la interrupci\u00f3n de la comunicaci\u00f3n con la c\u00e9lula nerviosa siguiente.<\/p>\n Cada vez que la neurona recibe un est\u00edmulo, la tapa de esos canales se abre y deja que el sodio atraviese la membrana, una doble capa de grasa que separa el interior de la neurona del medio externo. A medida en que entra m\u00e1s sodio, se abren m\u00e1s poros, y el impulso nervioso se propaga en un solo sentido, como una onda, hasta alcanzar, en mil\u00e9simas de segundo, el extremo de la neurona, liberando mensajeros qu\u00edmicos llamados neurotransmisores, que pasan la informaci\u00f3n a la c\u00e9lula siguiente.<\/p>\n Ahora se conoce mejor tambi\u00e9n el propio canal de sodio, en el cual la tapa se encaja. Desde hace algunos a\u00f1os, y merced al trabajo de grupos internacionales de investigaci\u00f3n, se sabe que la estructura del canal est\u00e1 compuesta por una sola prote\u00edna de 1.820 amino\u00e1cidos (las unidades de las prote\u00ednas). La mayor parte de esta larga mol\u00e9cula forma un ovillo en cuatro haces, cada uno con seis tubos parecidos a los de dinamita: son las paredes del poro por donde el sodio \u00fanicamente entra, sin poder salir.<\/p>\n Las mol\u00e9culas que van a formar los poros nacen como largas cintas en el interior de las c\u00e9lulas y empiezan a enrollarse en sucesivos espirales, o como un ovillo de lana. “Ese enmara\u00f1amiento es una consecuencia de la atracci\u00f3n ola repulsi\u00f3n entre las cargas el\u00e9ctricas de tramos de la prote\u00edna y de la acci\u00f3n mutua de esas cargas y de segmentos no cargados con las mol\u00e9culas de agua, que se encuentran tanto dentro como fuera de la c\u00e9lula”, explica Pascutti. En los tramos situados en el interior de la c\u00e9lula, la prote\u00edna aparece menos enrollada. Uno de esos segmentos m\u00e1s delgados de la prote\u00edna forma la tapa del canal.<\/p>\n Esta tapa es un filamento de apenas 53 amino\u00e1cidos, con una caracter\u00edstica importante: en dos puntos de su porci\u00f3n m\u00e1s delgada, la prote\u00edna vuelve espiralarse y forma dos bloques distintos y compactos, seg\u00fan verific\u00f3 el equipo de la UFRJ. El mayor de estos bloques llama la atenci\u00f3n pues funciona como una especie de traba de la tapa del canal, y por ser bastante resistente. Simulaciones hechas en un programa de computadora desarrollado por Pascutti y por los f\u00edsicos Kleber Mundim, de la Universidad de Brasilia (UnB), y Paulo Bisch, de la UFRJ, indicaron que la regi\u00f3n en forma de pinza se mantiene bastante r\u00edgida, incluso al calentarla a una temperatura casi cuatro veces superior a la del cuerpo humano.<\/p>\n Vali\u00e9ndose de este mismo programa, que debido a su robustez recibi\u00f3 el nombre de Thor, el dios germ\u00e1nico del trueno, Pascutti, su ex alumna de maestr\u00eda Fernanda Leite Sirota y la f\u00edsica argentina Celia Anteneodo, del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF), observaron que estos dos tramos m\u00e1s compactos de la tapa se mueven como un conjunto, y de ese modo, confieren la firmeza necesaria a la abertura y cierre del canal. Esta traba, conectada por medio de varas flexibles a la parte m\u00e1s larga de la prote\u00edna, est\u00e1 sujeta a cambios en la distribuci\u00f3n decargas el\u00e9ctricas en la regi\u00f3n cercana a la abertura interna del canal. “Esas alteraciones hacen que el poro se abra o permanezca cerrado”, dice el f\u00edsico.<\/p>\n Es posible imaginar esta tapa como una trampa o ‘arapuca’, un tipo de trampa en forma de pir\u00e1mide utilizada para cazar pajaritos, y hecha con pedazos de madera. La estructura de la ‘arapuca’ corresponde a la tapa, y la palanca de madera que la mantiene armada a una especie de barrera de energ\u00eda creada por la diferencia de cargas el\u00e9ctricas entre el canal y la tapa. Cualquier alteraci\u00f3n provocada por el cambio de cargas disminuye esta barrera de energ\u00eda, y como la palanca que se desarma, hace que el poro se cierre.<\/p>\n El equipo de R\u00edo constat\u00f3 que la posici\u00f3n del bast\u00f3n mayor era fundamental para el funcionamiento del canal. “Cuando el cilindro aparece inclinado con relaci\u00f3n a la cara interna de la membrana, una barrera de energ\u00eda impide el cierre del canal”, explica Pascutti. Con todo, alteraciones en la distribuci\u00f3n de las cargas el\u00e9ctricas en la regi\u00f3n llevan a la inclinaci\u00f3n del bast\u00f3n y al cierre del poro.<\/p>\n “Creemos que los anest\u00e9sicos provocan la disminuci\u00f3n de esa barrera de energ\u00eda, el cierre del canal y, como resultado de ello, impiden el paso del impulso nervioso”, comenta el f\u00edsico, que mostr\u00f3 estos hallazgos en marzo de 2002 en el\u00a0Biophysical Journal<\/em> . Rachel Klevit, de la Universidad de Washington, Estados Unidos, hab\u00eda detectado \u00fanicamente la forma del bast\u00f3n mayor mediante la t\u00e9cnica de resonancia magn\u00e9tica nuclear, utilizada para producir im\u00e1genes del cuerpo humano. Le cupo al equipo carioca revelar los detalles, en un estudio independiente.<\/p>\n La originalidad de este trabajo residi\u00f3 en tratar a la membrana y al medio acuoso de dentro y fuera de las c\u00e9lulas como dos regiones con diferente capacidad para conducir la corriente el\u00e9ctrica. Esa idea naci\u00f3 a mediados de los a\u00f1os 90, cuando Pascutti estaba empezando a trabajar en el CBPF con Paulo Bisch y Kleber Mundim. Adoptando este enfoque, describ\u00edan la interacci\u00f3n entre las prote\u00ednas y las membranas de las c\u00e9lulas adaptando la Ley de Coulomb, una expresi\u00f3n matem\u00e1tica formulada en 1785 por el f\u00edsico franc\u00e9s Charles-Augustin de Coulomb. La aplicaci\u00f3n de este m\u00e9todo permite simular, sin necesidad de supercomputadoras, el movimiento de estas y de otras mol\u00e9culas en membranas por hasta 100 nanosegundos (un nanosegundo es la milmillon\u00e9sima parte de un segundo), un tiempo hasta cien veces superior al de otros m\u00e9todos.<\/p>\n En un estudio publicado en 1999 en el\u00a0European Biophysics Journal<\/em> , vali\u00e9ndose del mismo m\u00e9todo, el equipo de Pascutti demostr\u00f3 que la propia membrana celular auxilia a las mol\u00e9culas que no tienen forma estable cuando circulan en el medio situado entre las c\u00e9lulas, al asumir r\u00e1pidamente su estructura espacial m\u00e1s eficiente. Los investigadores trabajaron con un p\u00e9ptido (un pedazo de prote\u00edna) llamado hormona estimulante de melanosomas, que induce la producci\u00f3n de melanina, la sustancia que le da color a la piel.<\/p>\n Nuevamente mediante simulaciones en computadora, descubrieron que ese p\u00e9ptido, al encontrar la membrana, asume su forma m\u00e1s estable y se desliza sobre la membrana hasta encajarse en los receptores y transmitir al interior de la c\u00e9lula la orden para liberar m\u00e1s melanina.<\/p>\n El ballet de las prote\u00ednas En un art\u00edculo publicado en 2001 en\u00a0Physical Review<\/em> E, Pascutti, Marcelo Moret, de la Universidad Estadual de Feira de Santana (UEFS), y Edvaldo Nogueira J\u00fanior, de la Universidad Federal de Bah\u00eda (UFBA), propusieron una explicaci\u00f3n para esta contradicci\u00f3n, mostrando que la energ\u00eda que mantiene unidos a los \u00e1tomos de una prote\u00edna sigue un patr\u00f3n que se repite en escalas diferentes: los llamados sistemas fractales. Un ejemplo de sistema fractal es una hoja de helecho, en la que cada fol\u00edculo es una reproducci\u00f3n exacta de la hoja entera, s\u00f3lo que en miniatura.<\/p>\n Para hacer m\u00e1s racional la b\u00fasqueda de las posiciones m\u00e1s estables, en las que la energ\u00eda de los \u00e1tomos es menor, los investigadores seleccionaron las estructuras de la polialanina, una prote\u00edna formada por la repetici\u00f3n del amino\u00e1cido alanina, con mayor probabilidad de existir -no todas son viables, debido a la repulsi\u00f3n provocada por la proximidad de los \u00e1tomos- con un modelo matem\u00e1tico planteado por el f\u00edsico Constantino Tsallis, del CBPF, un griego radicado en Brasil desde hace 28 a\u00f1os.<\/p>\n Este m\u00e9todo, formulado en 1988, y conocido como estad\u00edstica de Tsallis, ya se hab\u00eda mostrado \u00fatil en otras \u00e1reas del conocimiento, como en la econom\u00eda, indicando la manera de obtener la mayor productividad de un art\u00edculo cualquier a un costo menor. Pascutti imagin\u00f3 que podr\u00eda emplear este abordaje para estudiar los ovillos de prote\u00ednas, puesto que le permitir\u00eda sortear de una manera m\u00e1s dirigida las formas m\u00e1s estables que se probasen. El m\u00e9todo de Tsallis fue mucho m\u00e1s r\u00e1pido, al indicar que una polialanina de 16 amino\u00e1cidos puede llegar a la forma m\u00e1s estable en 15 mil movimientos, tal como mostraron en el\u00a0Biophysical Journal<\/em> en 2002. De acuerdo con el m\u00e9todo tradicional, denominado equilibrio de Boltzmann-Gibbs, una polialanina de 16 amino\u00e1cidos no finalizar\u00eda su ballet antes de dar 150 millones de pasos.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Simulaciones en computadora permiten prever la estructura de las prote\u00ednas y explica el mecanismo de acci\u00f3n de los anest\u00e9sicos","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[105],"class_list":["post-76587","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76587","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=76587"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/76587\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=76587"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=76587"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=76587"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=76587"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\n<\/strong>Los miles de poros de la superficie de las neuronas regulan la entrada de \u00e1tomos con carga el\u00e9ctrica positiva -los llamados cationes- y de este modo controlan la propagaci\u00f3n del impulso nervioso. Dichos poros, conocidos como canales de sodio, permanecen cerrados mediante una especie de tapa, mientras la c\u00e9lula nerviosa permanece inactiva. En tales condiciones, la concentraci\u00f3n de sodio en el exterior de las c\u00e9lulas se vuelve hasta diez veces superior a la del interior, y el impulso nervioso entonces no surge.<\/p>\n
\n<\/strong>Con peque\u00f1os ajustes, el mismo modelo matem\u00e1tico ayuda a explicar los medios por los cuales mol\u00e9culas largas, como las prote\u00ednas, logran hacerse un ovillo r\u00e1pidamente, y alcanzar su forma funcional en pocos minutos. Si buscara su conformaci\u00f3n funcional por ensayo y error, una prote\u00edna peque\u00f1a, formada por apenas 100 amino\u00e1cidos, demorar\u00eda 1019<\/sup> (el n\u00famero 1 seguido de 19 ceros) mil millones de a\u00f1os, seg\u00fan Pascutti. “En caso de que siguiera esa l\u00f3gica, esa peque\u00f1a prote\u00edna jam\u00e1s llegar\u00eda a su forma biol\u00f3gicamente m\u00e1s eficaz, pues gastar\u00eda un tiempo muy superior a la edad del universo”, comenta el investigador.<\/p>\n