Biología molecular

¿Qué son los motores biológicos?

Para desplazarse, las células cuentan con mecanismos moleculares, que transforman energía química en energía mecánica. Existen además, enfermedades causadas por alteraciones en estos procesos.


La presencia de proteínas que convierten energía química en energía mecánica posibilita el desplazamiento de componentes celulares dentro de esta misma. Estas proteínas son designadas como “motores biológicos” o “motores moleculares”. Una de ellas es la miosina, responsable de la mayoría de los movimientos que se generan en la célula, y objeto de estudio durante siglos, dada su relación con el movimiento de los músculos, específicamente su contracción. Pero estos motores biológicos también son responsables de otros movimientos tales como la traslación de células, del transporte de distintas sustancias en el citoplasma y de la división celular. Además, sumado a estos procesos, permiten que el organismo se mueva como un todo.
Estas proteínas, o motores moleculares, están clasificadas en diferentes tipos o familias, según su estructura y función. Entre las más importantes se encuentran las miosinas, cinesinas (o quinesinas), y dineínas, además, cada una de éstas se subdivide en distintas clases. Por ejemplo, en la actualidad están identificadas, al menos, veinte clases de miosinas, diez de cinesinas y dos de dineínas, y a su vez cada una de estas clases incluye decenas de diversas proteínas. En el caso de los mamíferos, existen al menos, cuarenta cinesinas, cuarenta miosinas y una decena de dineínas.
Las proteínas, constituyentes de los motores moleculares son capaces de convertir energía química en energía mecánica, lo cual permite cambiar su formación y desplazarse (en pasos de una millonésima de milímetro) dentro de la célula. Sin embargo, el desplazamiento se realiza sobre el citoesqueleto de la célula (que seria una especie de andamio para ésta), a través de proteínas filamentosas que actúan como rieles para estos motores moleculares. Estas proteínas son; la actina, los microtúbulos constituidos por tubulina y los filamentos intermedios. Por lo general las miosinas están unidas a los filamentos de actina y las cinesinas y dineínas a los microtúbulos. Un detalle interesante de destacar es que, en el proceso de transporte intracelular, las dineínas tienen un movimiento centrípeto (hacia adentro de la célula), y las quinesinas, en general, centrífugos (hacia fuera de la célula). La conformación básica de los motores moleculares se basa en tres regiones: la “cabeza” o motor, el “tallo” central y la “cola”. En el motor es donde se produce la ruptura del ATP a ADP, y fosfato inorgánico, desprendiendo energía que luego utiliza el tallo para desplazar las cargas (moléculas, vesículas u organelas celulares) que transporta, a las cuales el tallo esta unido por medio de la cola. Todo esto demuestra que las funciones de los motores moleculares no solo están asociadas a la contracción muscular (miosina), al movimiento de la celular, transporte de organelas, (cinesina), y movimientos ciliares (dineínas), como se creía hasta hace poco tiempo, sino también al tráfico intracelular, en los procesos sensoriales, y de señalización química. También se descubrió que los tres tipos de motores moleculares (miosinas, cinesinas y dineínas) tienen roles de importancia en la división celular.
En la contracción muscular, por ejemplo, las moleculas de miosina (dispuestas en forma radial con respecto a la célula) que se encuentran en el citoesqueleto, se unen a otra proteína, llamada actina, dispuesta en forma paralela a la miosina. El gasto de ATP a ADP es útil para que los filamentos de actina y miosina se desplacen uno sobre otro, y de esa manera se contraiga el músculo.
Las dineínas y cinesinas, como ya se había comentado, están destinadas al transporte intracelular, y el desplazamiento de la célula. Cabe destacar el rol que tiene el ATP para proveer energía química que luego se transforma en energía mecánica para mover estos “motores”.
El estudio de estas maquinarias moleculares de la naturaleza radica, en parte, a las enfermedades causadas por alteraciones sobre éstos. Para ejemplificar; la mutación de un gen que codifica para la producción de cinesinas, llega a causar la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth, caracterizada por la pérdida gradual del movimiento y de la sensibilidad en los pies, manos, piernas y brazos. Recientes investigaciones también asocian al Alzheimer con la disfunción de las cinesinas. Por otro lado, la afección de la cadena intermedia de las dineínas de las cilias de las vías respiratorias, produce el síndrome de motilidad ciliar deficiente. En el caso de la miosina se puede producir, entre otras enfermedades, la cardiomiopatía hipertrófica, relacionada también a la mutación de un gen que codifica para componentes de la miosina.
Por otra parte (y como ya se había contado en una nota anterior), los cientificos dedicados a la nanotecnología actualmente intentan comprender a fondo los mecanismos de los motores moleculares, para recrearlos artificialmente. De esta manera se espera y se sueña con, algún día, construir pequeñas máquinas que sean empleadas directamente en las zonas enfermas de un organismo, sin producir efectos colaterales.

Iván E. Privitera Signoretta
Periodista científico