Trabajo

Muchas de las proteínas del interior celular funcionan como auténticos motores moleculares capaces de trabajar eficientemente a escalas nanométricas (mil veces más pequeñas que la de la célula) transformando la energía disponible en el interior celular en diminutas fuerzas (picoNewtons: la diez millonésima parte del peso de un miligramo) y desplazamientos (nanómetros: la millonésima parte de unmilímetro). Unos de los motores moleculares mas sorprendentes son las DNA polimerasas, las proteínas encargadas de duplicar la doble hélice del DNA. Estas polimerasas son capaces de leer la composición de bases de cada una de las hebras del DNA e incorporar la base complementaria en cada posición. Sorprendentemente, la polimerasa del virus Phi29 puede avanzar a lo largo del DNA a una velocidad de6.000 bases por minuto y además ir abriendo la doble hélice de la molécula mientras avanza por ella. Un corredor de obstáculos con estas propiedades sería capaz de correr aproximadamente a 360 km/h e ir saltando vallas separadas por solo 1 metro sin tirar ninguna. 

Diseño experimental
Las sorprendentes propiedades y habilidades de estos nanomotores biológicos, han fascinado durante mucho tiempoa los Biólogos Moleculares y en los últimos años a una amplia comunidad de Físicos e investigadores del área de la nanotecnología. 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 pierdenen el promediado final. Recientemente, el grupo del Dr. Borja Ibarra del IMDEA Nanociencia en colaboración con los grupos de los investigadores españoles F.J. Cao, J.M. Valpuesta, J.L. Carrascosa y M. Salas, han utilizado la técnica de las pinzas ópticas para atrapar y manipular moléculas individuales de polimerasa del virus Phi29. De esta forma estos investigadores han podido seguir la actividadde una sola molécula de polimerasa mientras trabaja y se desplaza abriendo la doble hélice del ADN. Este estudio ha encontrando que este diminuto motor molecular es capaz de acoplar la energía térmica con la energía química derivada de la incorporación de nucleótidos en la ruptura de los puentes de hidrogeno que mantienen unidas las dos cadenas del ADN ejerciendo fuerzas sobre la doble cadena delDNA superiores a los 10 pN (1010 veces su peso). Escalando la polimerasa al tamaño macroscopico, un motor del tamaño del de un coche con la misma relación fuerza-masa sería capaz de ejercer fuerzas efectivas iguales al peso de 300 millones de toneladas métricas, o el peso de unos 700 porta-aviones. Este trabajo ha sido publicado en la prestigiosa revista de la academia de cienciasestadounidense, 

Hace tan solo unos años la posibilidad de estudiar los sistemas biológicos a nivel de moléculas individuales parecía una historia sacada de algún libro de ciencia ficción, pero la implementación de avanzadas técnicas de manipulación de moléculas individuales en el Instituto de Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia, IMDEA Nanociencia está permitiendo que estas historias se haganrealidad. El estudio de los motores moleculares biológicos con estas técnicas esta permitiendo por primera vez en España el establecimiento de una amplia red de colaboración interdisciplinar entre biofísicos, biólogos moleculares y físicos. Además estos nuevos descubrimientos permiten conocer mejor el funcionamiento interno de las células y harán posible diseñar en el futuro nano-máquinas sintéticasque emulen la ingeniosa y eficiente maquinaria molecular diseñada por la naturaleza. 

Motor molecular arranca con energía química
Un equipo de investigadores de la Universidad de Groningen en Holanda ha creado un motor molecular que funciona con energía química. La mitad de la molécula realiza giros completos con respecto a la otra mitad.

Según declaraciones del científico Ben Feringa...