Manipulando proteínas de una en una

Muchas proteínas de la célula funcionan como motores moleculares que realizan un trabajo, pequeño pero eficiente. Para estudiar su funcionamiento, lo habitual es usar los clásicos tubos de ensayo de laboratorio. En ellos, los científicos obtienen como resultado la media del efecto de millones de proteínas.

Diseño experimentalEl grupo de Borja Ibarra está interesado en el funcionamiento de uno de estos nanomotores, la ADN polimerasa. Su trabajo consiste en ir desenrollando el ADN a la vez que lo va copiando. Y todo ello a una velocidad tremenda: en tan sólo un segundo es capaz de abrir la doble hélice de ADN, identificar las bases que hay (A, T, G o C) y colocar hasta 100 de los nucleótidos que corresponden. Probar a escribir 100 caracteres y ver cuánto tiempo se tarda…

Gracias a la colaboración entre varios centros de investigación madrileños, Ibarra ha conseguido atrapar y manipular una a una las moléculas individuales de la polimerasa del virus Phi29. Así, han podido seguir la actividad de una sola molécula de polimerasa mientras trabaja y se desplaza abriendo la doble hélice del ADN. Al trabajar de forma individual con las proteínas, han evitando perderse los detalles del funcionamiento intrínseco de cada una de ellas.

Utilizando una técnica denominada por los físicos con el nombre de pinzas ópticas, han conseguido cuantificar por primera vez el mecanismo de apertura del ADN utilizado por esta proteína. Este pequeño motor es capaz de utilizar la energía química derivada de la ruptura de los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las dos cadenas del ADN para ejercer sobre el ADN fuerzas superiores a los 10 pN. Algo realmente impresionante si tenemos en cuenta que es una fuerza ¡10.000.000.000 veces mayor que su propio peso!

Ibarra explica que alrededor del uso de estas técnicas se está estableciendo en España “una amplia red de colaboración interdisciplinar entre biofísicos, biólogos moleculares y físicos” que no sólo permite nuevos descubrimientos sobre el funcionamiento de las células, si no que además permitirá en el futuro la creación de “nanomáquinas sintéticas que emulen la ingeniosa y eficiente maquinaria molecular diseñada por la naturaleza”.

Referencia:
Morin JA, Cao FJ, Lázaro JM, Arias-Gonzalez JR, Valpuesta JM, Carrascosa JL, Salas M, Ibarra B. Active DNA unwinding dynamics during processive DNA replication. Proc Natl Acad Sci USA. 2012 May 9.