Formas moleculares de vida

Las biomoléculas esenciales para la vida se clasifican en cuatro grandes grupos: proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos. Cada uno de estos grupos desempeña funciones cruciales en el mantenimiento de la vida. Las proteínas son polímeros de aminoácidos que forman estructuras complejas con funciones diversas. Actúan como enzimas, catalizando reacciones químicas esenciales para el metabolismo; como hormonas, regulando procesos fisiológicos y como anticuerpos, protegiendo al organismo contra patógenos. Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, son polímeros de nucleótidos que almacenan y transmiten información genética. El ADN contiene las instrucciones para el desarrollo y funcionamiento de los organismos, mientras que el ARN traduce esta información en proteínas. El ADN humano contiene aproximadamente 3 mil millones de pares de bases, organizados en 23 pares de cromosomas.Los carbohidratos son moléculas compuestas de carbono, hidrógeno y oxígeno. Funcionan como fuente de energía inmediata y como componentes estructurales en las células. Los lípidos son moléculas hidrofóbicas que incluyen grasas, aceites y fosfolípidos. Son esenciales para la formación de membranas celulares y sirven como reserva de energía a largo plazo.

La organización y las interacciones entre las diferentes biomoléculas permiten la realización de procesos biológicos complejos, desde la señalización celular hasta la respuesta inmune. Las formas moleculares de la vida son una demostración de la diversidad y la complejidad biológica. Comprender las funciones y la organización de las biomoléculas es crucial para el estudio de la biología y la medicina, permitiendo avances en el tratamiento de enfermedades y en la biotecnología. La vida, en su esencia, es una red intrincada de interacciones moleculares que, a través de milenios de evolución, ha dado lugar a la extraordinaria diversidad de organismos que pueblan nuestro planeta.

Cada tarea imaginable realizada por una célula tiene una proteína diseñada para ejecutarla. Según algunas estimaciones, hay 20.000 tipos diferentes de proteínas en el cuerpo humano. Cada unase adaptaa su función. Pero la función de una proteína está ligada al plegamiento y si lo hace defectuosamente, surge la disfunción y la enfermedad. Comprender estos procesos es la única forma posible de tratarlas para soslayar sus disfunciones.

La tarea no es nada fácil. Las proteínas se inician a partir de unidades llamadas aminoácidos, que se disponen formando cadenas de moléculas. El orden de los aminoácidos los dicta un gen. El proceso es superrápido y se da en la escala de tiempo de microsegundo. En 1950 Anfinsen propuso que debería haber un programa interno incorporado en la cadena de aminoácidos que guía el proceso de plegamiento de las proteínas. De aquí deriva la opción de predecir la estructura final ligada a la secuencia de aminoácidos. Es el denominado problema del plegamiento de las proteínas. La cuestión ha permanecido mucho tiempo en el terreno de la investigación, dado que hay interrogantes implicados de calado: desde cual es el programa o código del plegado, cual es el mecanismo del mismo y que probabilidad hay de predecir la estructura de la proteína a partir de observar la secuencia de aminoácidos. No se ha avanzado demasiado, pese a haber incorporado la informática como ayuda sustancial.

Ahora la Inteligencia artificial contribuye a resucitar la cuestión, aunque hasta el momento no explica cómo se pliega una proteína, aunque si se predice con mayor probabilidad de éxito la forma que adoptará a partir de la secuencia de aminoácidos que la constituyen.

El algoritmo de predicción de proteínas AlphaFold3 de Google DeepMind dice predecir no solo para las proteínas individuales sino las unidas y otras biomoléculas como ADN y ARN. Aun así, queda un largo camino por recorrer antes de que estos algoritmos puedan determinar las estructuras dinámicas de las proteínas a medida que se mueven dentro de las células.

Algo se ha descubierto y es que la mayoría de proteínas se pliegan de forma única estable, aunque pueden hacerlo de varias formas, para varias funciones. Esto desconcierta, por cuanto no se conoce cuantas lo hacen y su abundancia. Al tiempo, hay proteínas que se mueven y se adaptan, de forma que, esencialmente, son desordenadas y es posible que este comportamiento camaleónico posibilite la actuación como enzimas, que son las implicadas en las reacciones químicas.