Año 3 No. 33 Octubre 1999

LOS MOTORES MINIATURAS QUE MUEVEN A LOS SERES VIVOS

Dr. Raúl Padrón, del Departamento de Biología Estructural
La característica básica de los animales es que se mueven. Este movimiento ocurre porque ellos tienen máquinas biológicas sofisticadas denominadas músculos, las cuales son capaces de producir fuerza y trabajo, así como movimientos a velocidades muy precisas y controladas. Los músculos son máquinas moleculares capaces de convertir energía química derivada de los alimentos en fuerza mecánica. El mecanismo a nivel molecular por el cual este proceso de conversión ocurre y cómo se controla es precisamente un problema importante en Biología. Nosotros damos por sentado que los músculos de nuestros cuerpos están contrayéndose y relajándose continuamente durante nuestra vida diaria, y sólo notamos su existencia cuando no funcionan bien. En efecto nuestros cuerpos están formados en una gran proporción por tejidos musculares y su movimiento coordinado es crítico para nuestra salud.

Cómo los músculos se acortan, se contraen y producen fuerza y trabajo mecánico, es el objeto de nuestro estudio. Un músculo esquelético de un vertebrado está hecho de muchas células denominadas fibras, integradas por un conjunto de miofibrillas cilíndricas. Dentro de cada una de estas miofibrillas hay pequeñas unidades básicas de producción de fuerza, similares a pequeños motores lineares denominadas sarcomeros, que están integrados por los filamentos gruesos, formados por la proteína miosina, y los filamentos delgados, por la actina. Cuando una señal transmitida por un nervio llega a un músculo dispara su contracción y acortamiento.

El descubrimiento de la estructura cristalográfica de la cabeza de miosina abrió las puertas para poder responder cómo estos motores moleculares, o cabezas de miosina, pueden producir fuerza y cómo ésta se controla.

Nosotros estamos tratando de comprender cómo se controla la contracción muscular al incrementarse la concentración de calcio, y comprender por qué en algunos músculos un incremento en la concentración de calcio libera las cabezas de miosina de la superficie del filamento. También estudiamos un tipo particular de músculo estriado de las extremidades de las tarántulas. En estos músculos cuando la concentración de calcio es baja las cabezas de miosina están localizadas yaciendo sobre la superficie de los filamentos gruesos, formando hélices.

Nuestros estudios en comprender las bases moleculares de la activación de las cabezas de miosina de los filamentos gruesos puede ser de alguna importancia sobre la enfermedad hereditaria denominada Cardiopatía Hipertrófica Familiar (CHF), caracterizada por un engrosamiento anormal del músculo papilar y de la pared del ventrículo izquierdo y el septum ventricular. Esto pudiera ser de interés para comprender más sobre ésta y otras enfermedades musculares.

El objetivo final de nuestra investigación es comprender los detalles del mecanismo molecular de cómo las cabezas de miosina forman hélices y cómo éstas se desordenan cuando el músculo se activa debido a la fosforilacion. Nuestros pasos futuros incluyen utilizar la crio-microscopia electronica para examinar los filamentos gruesos, para permitirnos obtener una resolución mayor. Luego estaremos en posición de determinar modelos atómicos más confiables que podremos refinar contra los patrones de difracción de rayos-X obtenidos de músculo vivo.

Resumen de la conferencia del Dr. Raúl Padrón,
en Entremeses con la ciencia