Aclaremos primero qué son estos motores moleculares. Llamamos así a las proteínas que, dentro de las células, transforman la energía química resultante de la hidrólisis del adenosín trifosfato o ATP en trabajo mecánico.
Estas proteínas alternan ciclos de movimientos en los que se unen y separan con los sustratos hasta que, al toparse con una molécula de ATP, la proteína cambia de forma.
Estos cambios se realizan en toda la estructura molecular, por lo cual cambia la afinidad con el sustrato y la forma geométrica. Si la proteína no puede moverse por estar unida al sustrato, entonces se distorsiona, lo cual genera una fuerza que se almacena como energía elástica, que hace que la proteína capte rápidamente los cambios en el potencial químico y realice su trabajo externo en un tiempo mayor.
El profesor Jacques Prost del Instituto Curie fue el primero en hablar de estos elementos en época reciente.
Importancia de los motores moleculares
Estas proteínas motoras tienen una gran importancia biológica ya que actúan en muchos procesos vitales como la mitosis, el transporte de orgánulos dentro de las células y la contracción muscular. También se hallan presentes en los movimientos de todos los seres vivos y pueden ser usadas en las nanomáquinas.
Clases de motores moleculares
Existen dos grandes tipos de motores moleculares: los rotativos y los lineales.
Los motores moleculares rotativos son aquellos que intervienen en la síntesis del ATP y la propulsión de bacterias. Los motores moleculares lineales, en cambio, intervienen en el transporte y la motilidad celular, en la mitosis, las contracciones musculares, el movimiento de los cilios y flagelos y la detección de sonidos.
Recientemente se han descubierto más variedades de motores moleculares pertenecientes a la escala nano, por lo cual no han podido ser estudiados debidamente, pero se intuye que podrán favorecer al desarrollo de tecnologías de avanzada.
Funcionamiento de los motores moleculares
Las proteínas ATP reciben este nombre pues consiguen su energía a través de la hidrolisis del ATP. Las moléculas ATP se encargan de llevar la energía química en las células y conservan la energía por pequeños periodos de tiempo, a la vez son inestables puesto que tienen dos cargas negativas que producen fuerzas de repulsión y, luego de la hidrólisis, el enlace químico se rompe, lo que produce moléculas ADP y Pi, y además generan energía que es aprovechada por el motor para crear motricidad.
El mecanismo quimiosmótico de Mitchell, que se da en la membrana mitocondrial, es el encargado de sintetizar estas moléculas ATP mediante un sistema transportador de electrones, el cual genera un gradiente de protones en los dos lados de la membrana y luego estos son atraídos hacia un compartimiento intermembranal en el cual los electrones se mueven en una única dirección, lo que crea potencial eléctrico y genera movimiento. Ese movimiento lo utiliza la mitocondria para, gracias a la ADP y Pi, sintetizar ATP.
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Miosina y kinesina
Estas dos proteínas ATP son las más importantes, puesto que se encargan de la contracción muscular y el transporte de cargas.
Miosina
Las moléculas de esta proteína están compuestas por tres partes: una cadena pesada y dos ligeras, estas tres partes se encargan del movimiento muscular.
La cadena pesada está unida a los filamentos y usa la hidrolisis del ATP y la diferencia de cargas que esto genera para poder moverse gracias a un ciclo de repulsión y atracción entre la cadena y el filamento.
Por su parte, la primera cadena ligera es la que se ocupa de que la energía que genera la hidrolisis llegue a la cadena pesada de tal forma que, cuando se liberan los fosfatos, pueden viajar hacia adelante junto con la miosina que llega así al próximo filamento positivo.
Por último, la cola está formada por la segunda cadena ligera y regula la actividad del motor molecular y su interacción con otras moléculas.
Kinesina
Esta proteína funciona como motor para transportar cargas por los microtúbulos de las células y se mueve de manera similar a la miosina: las dos cabezas de la kinesina cambian de posición durante la hidrolisis del ATP, lo cual genera el movimiento y se ayudan con los filamentos de los microtúbulos en ese desplazamiento.
Las kinesinas se encargan de llevar aquellas cargas que son muy grandes para que puedan difundirse o si este proceso es muy lento, como ocurre en las neuronas grandes. También intervienen en la división celular al llevar y organizar los cromosomas en los polos celulares antes de la división.
Motores moleculares sintéticos
En fecha muy cercana, los científicos lograron crear motores moleculares sintéticos muy primitivos y que se desplazan en una sola dirección. Esto significa un gran avance en la ciencia y es prueba de que las proteínas y la energía química pueden utilizarse para beneficio de la tecnología.
