Presentan los motores moleculares más pequeños del mundo

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Esquema de la técnica de Pinzas Ópticas empleada por los investigadores para atrapar y manipular moléculas individuales de polimerasa. Imagen: UAM.

El grupo de Margarita Salas del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM) en colaboración con Borja Ibarra del grupo de Carlos Bustamante de la Universidad de Berkeley (EE UU), ha utilizado la técnica de las pinzas ópticas para atrapar y manipular moléculas individuales de polimerasa del virus Phi29. Este trabajo ha sido publicado en la revista EMBO Journal.

De esta forma estos investigadores han podido seguir la actividad de una sola molécula de polimerasa mientras trabaja y se mueve a lo largo del ADN, encontrando que este diminuto motor molecular es capaz de ejercer fuerzas en el ADN superiores a 30 picoNewtons.

Escalando la polimerasa al tamaño humano, una persona con la misma relación fuerza-masa sería capaz de levantar diez millones de toneladas métricas, o el peso de más de 100 portaaviones.

Muchas de las proteínas del interior celular funcionan como auténticos motores moleculares de apenas unos nanómetros (una mil millonésima parte del metro) de tamaño. Estos diminutos motores utilizan la energía derivada del metabolismo para realizar diversos trabajos como desplazarse en una dirección determinada, transportar otras moléculas e incluso aplicar fuerzas mecánicas en su entorno más cercano.

Unos de los motores moleculares mas sorprendentes son las ADN polimerasas, las proteínas encargadas de duplicar la molécula del ADN. Estas polimerasas son capaces de leer la composición de bases de cada una de las hebras del ADN e incorporar la base complementaria en cada posición. Sorprendentemente, estos motores moleculares pueden avanzar a una velocidad de 30.000 bases por minuto y cometer tan solo un error por cada 100 millones de bases incorporadas, preservando de esta forma la información del ADN y por tanto la supervivencia del organismo.

Un copista con estas propiedades sería capaz de copiar toda la obra del Quijote en aproximadamente 30 minutos sin cometer un solo error. La polimerasa alcanza este sensacional nivel de precisión comprobando minuciosamente la complementariedad de las bases mientras avanza por el ADN. Cuando la base incorporada no es complementaria al ADN molde, la polimerasa cambia su conformación para ‘retroceder’ y eliminar la base incorrecta.

Motores de ADN

Clásicamente el funcionamiento de estos motores se ha estudiado en tubos de ensayo donde millones de polimerasas trabajan al mismo tiempo en una reacción no sincronizada. De esta manera muchos de los detalles del funcionamiento intrínseco de cada polimerasa se pierden en el promedio final.

Además, aplicando fuerza en el ADN los investigadores han conseguido por primera vez modular mecánicamente la actividad de la polimerasa y su capacidad de corrección de errores, lo que ha proporcionado información muy valiosa sobre el mecanismo de fidelidad encargado de mantener la copia del ADN.

"El estudio de los motores moleculares y los sistemas biológicos con estas técnicas, permitirá conocer mejor el funcionamiento interno de las células y algún día diseñar nano-máquinas sintéticas que compitan con la ingeniosa y eficiente maquinaria molecular diseñada por la naturaleza", dicen los expertos.