estructura de proteínas

En una célula de levadura, el núcleo ocupa aproximadamente el seis por ciento del volumen, como una pelota pequeña dentro de una habitación. Hace cien años los biólogos notaron que las células grandes tienen núcleos más grandes, pero la razón seguía siendo un enigma. Unos hablaban de motores proteicos, otros de la tensión de la envoltura, otros de la forma.

Una capa celular se parece a una multitud de personas alineadas una detrás de otra. Si en la multitud hay obstáculos, por ejemplo dos postes, la gente tiene que rodearlos y en el flujo se forman remolinos.

Una baraja de cartas en la que cada carta está ligeramente girada no puede quedar perfectamente alineada: los dorsos y los diseños nunca coinciden. Pero si las cartas son flexibles, comienzan a ajustarse, desplazándose fracciones de milímetro para encontrar la coincidencia ideal. Algo similar ocurre dentro de los cristales cuando dos capas gruesas de MoS2 o de MoS2 con WS2 se apilan con una rotación de 1 a 2 grados.

Dos depósitos de tinta se encuentran a ambos lados de la unión celular. De ellos fluyen hacia la membrana dos tipos de monómeros que, al encontrarse, forman gotas viscosas de complejos. Las gotas apenas se mueven, mientras que los monómeros libres se desplazan rápidamente, como moléculas de perfume en una habitación.

En la pared de cada arteria se celebra un concierto continuo. Las células musculares lisas, que revisten el vaso por dentro, construyen a la vez un armazón de sostén de colágeno, reorganizan su propio esqueleto interno y obtienen energía de la glucosa. Quien dirige esta orquesta es la proteína NOTCH3, que se asienta en la superficie de la célula y capta las señales de sus vecinas.

Dentro de la célula hay gotas diminutas que no tienen membrana, pero se comportan como compartimentos independientes. Una de esas gotas, formada por fragmentos cortos e idénticos de ARN, recuerda a una gelatina recién cuajada: es transparente, elástica y cambia de forma con facilidad. Pero si la observamos el tiempo suficiente, en su interior empieza a crecer algo parecido a una esponja.

Un superconductor es un material que conduce la corriente sin pérdidas, como el agua que fluye por una tubería perfectamente lisa. En los superconductores de cobre, las diminutas adiciones de oxígeno funcionan como un control de volumen: un poco más, y el material comienza a superconducir; un poco menos, y deja de hacerlo.

Bajo el microscopio electrónico, una proteína se ve como una serie de sombras borrosas: cientos de miles de imágenes de la misma molécula, pero desde ángulos distintos y con un fuerte ruido. Antes, a partir de esas sombras se armaba primero una 'neblina' tridimensional: un mapa de cómo se distribuye la carga eléctrica dentro de la proteína.

Una proteína es como una pequeña máquina que se enciende y se apaga bajo órdenes. La orden llega cuando otra molécula se adhiere a ella, como una llave en una cerradura. Después, la proteína cambia de forma y transmite la señal más allá. Pero cómo exactamente viaja la señal dentro de la proteína había sido un misterio durante mucho tiempo.

Cuando un anticuerpo encuentra un virus, no se aferra a él con un único agarre mortal. Más bien, se parece a dos racimos de uvas que ruedan en el agua y se enganchan entre sí con decenas de zarcillos cortos. Cada zarcillo por sí solo es débil: se rompe fácilmente por el temblor térmico de las moléculas de agua, pero juntos sujetan con firmeza.

Dentro de cada célula, constantemente hay moléculas que se encuentran y se separan. Algunas parejas se mantienen unidas con fuerza, como un velcro; otras apenas se rozan, como el polen al viento. Son precisamente estos roces fugaces, cuya fuerza de unión es comparable a la disolución de un grano de sal en un vaso de agua, los que controlan muchas señales y decisiones celulares.

Una proteína se desliza por la hebra de ADN como una llave por un llavero, buscando su cerradura. Un giro equivocado y el gen quedará apagado. Para saber dónde se agarrará la proteína con firmeza, hay que medir la fuerza de ese agarre: la energía de unión.

La hebra de ADN arrugada en el núcleo celular no es un nudo caótico, sino una melodía intrincada tocada en una cuerda polimérica.

Durante mucho tiempo, la complejidad biológica se resistió a ser cuantificada: se pueden contar genes, células, pero ¿cómo capturar la organización misma del proteoma, ese conjunto de miles de proteínas tejido con carbono, oxígeno e hidrógeno?

¿Por qué algunos sistemas —desde las redes genéticas hasta el transporte aéreo— conservan las huellas del pasado más tiempo que otros? Durante mucho tiempo, la ciencia de redes culpó a la topología: número de conexiones, modularidad, espectro. Pero dos redes con el mismo esqueleto pueden recordar y olvidar de manera completamente diferente.

Durante mucho tiempo, solo veíamos las proteínas en su posición final, como fotografías de bailarines congelados en una pose hermosa. Programas como AlphaFold aprendieron a predecir esta pose a partir de la cadena de eslabones de carbono. Pero la verdadera magia está en cómo la proteína encuentra esta forma más rápido de lo que parpadeas, ejecutando una danza vertiginosa.

Un cable telefónico roto es un problema, pero un ADN roto es una catástrofe. Una rotura de doble cadena (cuando ambas hebras de la hélice se rompen en el mismo punto) amenaza a la célula con la muerte o con convertirse en cancerosa.

Una proteína es un imán diminuto de forma compleja, y una nanopartícula es una esfera lisa. Dependiendo de qué lado de la proteína se acerque a la esfera, la fuerza de atracción es diferente.

El cerebro está organizado como un edificio de varias plantas: los pisos inferiores procesan señales simples, mientras que los superiores las integran en imágenes complejas. Los científicos sospechan desde hace tiempo que este orden está relacionado con la forma en que las neuronas trabajan juntas. Pero cómo exactamente seguía siendo un misterio.

Cada concha es un diario de crecimiento en piedra. El molusco no la construye según un plano, como un arquitecto, sino que simplemente añade material por el borde, siguiendo siempre la misma regla. Es como si un caracol pegara cada día una nueva tira a su casita, desplazándola un poco hacia un lado y aumentando el tamaño. Es esa repetición, y no un control complejo, la que crea la forma característica de la especie.

Largos filamentos proteicos, sus enredos y contactos aleatorios: así se explicaba habitualmente el nacimiento de las gotas celulares. Estos orgánulos sin membrana, donde ocurren reacciones importantes, se asemejan a gotas de aceite en agua: surgen solos cuando las moléculas se separan en fases.

El ARN del SARS-CoV-2 no es solo una cadena, sino una estructura compleja. Tiene una región que se anuda como un cordón enredado. Este nudo ayuda al virus a producir dos proteínas a la vez a partir de un solo fragmento de código genético. Un virus sin ese nudo se replica peor, por eso los científicos buscan sustancias que lo deshagan.

El protón parece una bolita compacta, pero en su interior hierve la actividad: los quarks intercambian gluones, las partículas que los mantienen unidos. Los gluones aparecen y desaparecen, y su distribución dentro del protón no es un mero detalle curioso, sino la clave para hacer predicciones en el Gran Colisionador de Hadrones.

La nariz es un aparato asombroso. Una molécula de café, al entrar en la fosa nasal, despierta el recuerdo de la cocina matutina. Otra, casi idéntica en forma, huele a huevos podridos.

Dentro de la célula hay diminutas gotas líquidas, como gotitas de aceite en el agua. Se forman a partir de proteínas y ARN y sirven para diversas funciones: desde almacenar moléculas hasta acelerar reacciones. Pero si las gotas comienzan a fusionarse entre sí, se formaría un gran charco, y eso rompería toda la organización celular.

Una hoja plana con cortes en un flujo de agua o aire se comporta como persianas autoajustables. La presión abre las rendijas y cada tira de material se inclina, convirtiéndose en un ala en miniatura. Así, incluso una hoja colocada perpendicular al flujo genera no solo resistencia frontal, sino también una fuerza de sustentación lateral significativa.

La enfermedad de Alzheimer comienza de forma silenciosa: en lo profundo del cerebro se acumulan dos proteínas, tau y beta-amiloide. Se comportan como semillas de maleza: un pequeño cúmulo hace que las células vecinas produzcan más cúmulos.

Dentro de una célula viva flotan gotas que no se mezclan con el líquido circundante, como el aceite en el agua. Estas gotas no son solo acumulaciones pasivas: presionan activamente las membranas y las obligan a curvarse. Los científicos observaron este proceso en células vegetales vivas, lo reprodujeron en el laboratorio y lo calcularon por ordenador.

El microscopio de efecto túnel explora una molécula con una aguja finísima y dibuja su relieve. Pero la imagen es plana, mientras que la molécula es tridimensional. ¿Cómo adivinar la postura de una persona a partir de su sombra en la pared?

La vejiga urinaria se parece a un globo: mientras se llena, la pared se estira y la forma cambia. Los médicos suelen controlar la presión interna y la cantidad de líquido que entra, pero casi no prestan atención a la geometría en sí: cómo se curva exactamente la superficie.

Una gota de tinta en un vaso de agua se dispersa por sí sola. Pero si la tinta estuviera compuesta de pequeños motores, no solo se dispersaría: se arrastraría, empujaría y se agruparía en bancos. Estas partículas que se mueven por sí mismas se denominan activas. A partir de ellas se pueden ensamblar moléculas, como cuentas en un brazalete.

Dentro de nuestro cuerpo, entre las células, existe una red de soporte: la matriz extracelular. Es como un andamiaje de proteínas y carbohidratos que mantiene las células en su lugar. Cuando las fibras de esta red cambian, puede ser señal de enfermedad, como cáncer o fibrosis.

Las proteínas son las máquinas moleculares de la vida. Se pliegan en complejas formas tridimensionales, como una hoja de papel en origami. Pero si doblas el papel de otra manera, obtienes una figura distinta. Así también una proteína puede adoptar varias formas, y de ello depende su función.

Cuando el embrión crece, sus células no solo se dividen: están en constante contacto con sus vecinas, como las personas en un autobús lleno. De la fuerza de esos contactos depende hacia dónde se mueve una célula y qué forma adquiere el tejido. Los científicos han estudiado cómo cambia la 'pegajosidad' de las células en las etapas más tempranas del desarrollo.

En una fina película de aluminio, millones de diminutos granos de metal están apretados entre sí, como granos en un granito. Donde se encuentran tres de estos granos, surge un punto triple: una línea a lo largo de la cual se unen tres bordes.

Para distinguir una proteína de otra, es necesario describir su forma y composición. Existen decenas de estas descripciones: longitud de la molécula, carga, solubilidad. Pero no todas son igualmente útiles. Un método llamado Differentiable Information Imbalance (DII) sabe seleccionar las características más informativas, descartando las superfluas.

La membrana de una célula viva no es un caparazón rígido, sino una película flexible con miles de proteínas incrustadas, como pasas en una masa.

Si viertes un puñado de arena seca, se extiende formando un cono uniforme. Ahora toma un paquete de pasta con forma de estrella: el montón se mantendrá casi vertical. ¿Por qué? Todo está en la forma de las partículas.