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Estación 3: Bloques de construcción de la vida Palabras claves: Medicina molecular, proteínas, células
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Estación 3: Bloques de construcción de la vida
Palabras claves:
Medicina molecular, proteínas, células
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Estación 3: Bloques de construcción de la vida
Tabla de contenidos Introducción 1. La vida es una nano fábrica 2. La medicina molecular abre nuevo terreno 3. Nano transportadores controlados 4. Diseño de agentes activos asistido por computadora 5. Control de la división celular 6. ¿Cómo se mantiene unido el cuerpo? 7. El caos organizado del transporte celular 8. Autodestrucción programada 9. El rotor más pequeño del mundo Información adicional
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Preguntas motivadoras
¿De qué manera las enzimas aseguran que las reacciones químicas, fundamentales para la manera de funcionamiento de las células, se produzcan en el tiempo y el espacio necesarios?
¿Con qué mecanismos reaccionan las células ante las perturbaciones y en qué medida pueden repararse solas?
¿Qué desequilibrios causan las enfermedades, ya sea las perturbaciones en el desarrollo de la niñez o los signos de envejecimiento?
Comprender todos estos procesos es una incalculable fuente potencial para desarrollar nuevos agentes o materiales médicos basados en los ejemplos de la naturaleza.
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Las estructuras de los seres vivientes son complejas y aparecen de varias formas y maneras. Ello vale tanto para la organización macroscópica de sus tejidos y órganos como para la interacción microscópica de las moléculas que los componen y que interactúan en una dinámica prácticamente inconcebible.
Introducción
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Entre las macromoléculas de alta complejidad se encuentran:
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Los portadores de información que pueden copiarse un número indeterminado de veces.
Los caminos y motores que transportan las cargas moleculares.
Los portadores que determinan no solo la estática de las células sino su movilidad.
Las membranas que sellan las células del exterior aunque permiten el intercambio de materiales y la comunicación con su entorno.
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Gracias a los nuevos métodos de análisis y detección, la investigación en las estructuras tridimensionales de estas moléculas y sus funciones en las células vivas está avanzando rápidamente. En principio, esta tarea es casi infinita, incluso más aún que las tareas de la astrofísica.
Para comprender con precisión los procesos de las células vivientes, es necesario saber más que solo los detalles de la estructura física de las moléculas. También se necesita conocer su interacción en grandes grupos y los cambios a los que están sujetas a lo largo del tiempo.
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Una célula humana tiene una masa de 10- 9 gramos, es decir, un mil millonésima de gramo. En una célula, hay aproximadamente 100 millones de millones (billones) de moléculas, es decir, mil veces más que el número de estrellas de nuestra galaxia. Aproximadamente 50 000 ribosomas generan hasta 200 000 proteínas diferentes que funcionan en una sola célula.
Hasta ahora, solo conocemos en detalle la actividad de un pequeño porcentaje de estas nano máquinas. Para funcionar cuentan con aproximadamente mil millones de moléculas de adenosina trifosfato (ATP), portadoras de energía almacenada en forma química. Esta se agota en dos minutos y otro grupo de mil millones de moléculas ocupa su lugar. En un día, una persona produce y utiliza una cantidad de ATP equivalente a la mitad de su peso corporal.
1. La vida es una nano fábrica
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Gracias a técnicas innovadoras y a un conocimiento detallado, ahora se están encontrando nuevos métodos para el control de las enfermedades.
Los científicos están investigando la manera en que las células de defensa del cuerpo salen de la sangre y se acumulan en los lugares infestados, y así contribuyen al desarrollo de nuevas medicinas.
2. La medicina molecular abre nuevo terreno
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Utilizando vesículas artificiales tal como vemos en la imagen, los científicos tratan de transportar dosis minúsculas de medicinas directamente hacia los órganos afectados.
Alternativamente, están utilizando cada vez más sustancias naturales biológicamente activas para la búsqueda de sustancias activas.
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Se trata de pequeños recipientes cubiertos por membranas que solamente tienen unos cuantos nanómetros de tamaño y transportan sustancias químicas entre las diferentes regiones de una célula. Las vesículas se funden con otras membranas y colocan su carga.
3. Nano transportadores controlados
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Este proceso se lleva a cabo a una escala tan pequeña y tan rápida que antes no era observable. Los científicos del Max Plank Institute of Colloids and Interfaces ahora han simulado por medios computarizados el proceso de fusión con 10 000 lípidos y unos tres millones de moléculas de agua, arrojando luces acerca de ciertos aspectos clave.
Vesículas
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En altas concentraciones la aldosterona, hormona derivada del colesterol corporal, cuya descarga aumenta cuando se produce un déficit de fluidos, causa presión alta y puede incluso tener como consecuencia enfermedades del corazón.
4. Diseño de agentes activos asistido por computadora
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Gracias a nuevos programas de cómputo ahora se puede entender mejor los enlaces entre las proteínas participantes y los posibles inhibidores.
La combinación de métodos asistidos por computadora y experimentales permite el desarrollo de nuevos agentes inhibidores para la síntesis de la aldosterona.
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El cuerpo humano está compuesto de aproximadamente 100 billones de células, todas las cuales se originan de una sola célula debido al proceso de división celular. Nuestra salud requiere que el proceso de división celular funcione correctamente.
5. Control de la división celular
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Con la ayuda de la interferencia de ARN, los investigadores están tratando de identificar los genes que participan en dicha división. Las células tienen que dividirse asimétricamente para permitir el desarrollo de diferentes tipos de células.
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¿Cómo lo logran y cómo se controla la división? Los científicos emplean un rayo láser para destruir los centrosomas de las células y así medir la velocidad a la que se expulsan microfilamentos, así como las fuerzas participantes.
La distribución es desigual debido a que el huso atrae más motores moleculares hacia un lado de los microtúbulos que hacia el otro.
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De otro lado, las células corporales tienen que adherirse entre sí pero también deben tener la capacidad de reagruparse rápidamente. El enlace celular se denomina “adhesión celular” y juega un papel clave en muchas enfermedades. Mientras por un lado los investigadores han desarrollado un modelo que les permite predecir el comportamiento de las células tanto sobre los materiales blandos como dentro de los mismos, los bioquímicos están investigando el papel de ciertos genes en dicha interacción.
6. ¿Cómo se mantiene unido el cuerpo?
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Estos resultados son importantes para muchas aplicaciones diferentes, como por ejemplo para el uso de implantes.
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Todas las células están en constante interacción con su entorno y absorben tanto nutrientes como mensajes, los mismos que transportan hacia su centro mientras liberan otros.
Las proteínas de transporte que se ubican en las membranas celulares se encargan del intercambio. Los investigadores han encontrado evidencia de que las proteínas de transporte también migran. Su movimiento garantiza una reacción rápida ante cambios fisiológicos del medio celular.
7. El caos organizado del transporte celular
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Los investigadores de Max Planck han identificado una ruta de transmisión de señales, hasta ahora desconocida para el transporte de mensajes, entre las membranas celulares y el núcleo de la célula. Los procesos de transporte dentro del aparato de Golgi que distribuye los productos metabólicos también son sumamente complejos. Los científicos han identificado las proteínas que determinan la dirección de dicho transporte.
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Todas las células tienen un programa de autoeliminación que les permite controlar el número de células y, por tanto, también el tamaño de los órganos y tejidos, así también pueden eliminar células que estén dañando el cuerpo.
8. Autodestrucción programada
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Los errores de estos programas de autodestrucción pueden dar como resultado un aumento o reducción de la mortandad de las células (apopstosis), que puede causar enfermedades como el cáncer, reumatismo o males de Alzheimer o Parkinson.
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El diámetro del anillo es de solo 5 nanómetros. Durante la rotación, suministra la energía necesaria para formar la molécula de ATP, el combustible que suministra energía a todas las células vivientes. Comprender dichas máquinas biológicas es de importancia crucial para la nano biotecnología.
9. El rotor más pequeño del mundo
Las investigaciones han encontrado el mecanismo biológico más pequeño del mundo dentro de la bacteria llyobactertartaricus.
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Para entender de manera integral las estructuras y procesos biológicos es indispensable tender el puente entre los estudios a nivel molecular y celular y las evaluaciones no invasivas de tejidos y órganos en los organismos intactos a nivel de sistemas. Esta confluencia de acciones debe considerarse como un prerrequisito para realizar con éxito la investigación en la medicina de base molecular del futuro.
Refuerzo
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Información adicional
http://www.sciencetunnel.com http://www.sciencetunnel3.de/?page_id=1286&lang=es
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