El asombro causado por el RNA

No hay duda que ver el cielo nocturno es motivo de inspiración y admiración. El hecho de poder contemplar y entender el orden natural es una experiencia que cambia nuestra percepción del mundo que nos rodea. Pero no sólo a escalas astronómicas se puede uno maravillar. La escala microscópica también está llena de sorpresas.

De antemano pido disculpas a los expertos en el tema por mi exposición amateur y simplificada del tema. Espero poder profundizar más en el futuro en esta área de la ciencia que siempre me ha llamado la atención.

Ayer fui al seminario del grupo de biofísica. La charla trataba sobre patrones elementales en la arquitectura de RNA. El ácido ribonucleico o RNA juega un papel fundamental en los ciclos bioquímicos de toda célula. La información genética contenida en el ADN es copiada a moléculas de RNA las cuales codifican diferentes tipos de proteínas que la célula necesita. Además, el ADN también contiene información estructural, es decir, la estructura de las largas cadenas de RNA está codificada también en el ADN. Hasta aquí no hay nada nuevo. Esto es lo que uno aprende en el colegio. Las cosas se ponen interesantes al darnos cuenta que el RNA presenta diferentes tipos de estructura, al igual que las proteínas. La estructura primaria es la secuencia misma de nucleótidos (Adenina, Citosina, Guanina y Uracilo). La estructura secundaria es de carácter local. Los nucleótidos se acomodan en forma de hélices o de hojas planas. La estructura terciaria es la forma tridimensional de la molécula, propiamente dicha. La forma en la que los nucleótidos se distribuyen en tres dimensiones es lo que determina las propiedades químicas de la molécula; es decir, con qué compuestos reacciona y con cuáles no. La interacción química entre estas biomoléculas es el substrado mismo de la vida. Es decir, la vida no existiría si estos procesos químicos no se llevaran a cabo en las células. Es así que el poder predecir la estructura tridimensional del RNA a partir de su estructura primaria es uno de los pasos elementales para entender el proceso de la vida. Esto es lo que estudia la bioquímica, biofísica, biología molecular y más recientemente la bioinformática.

En la charla, el problema consistía en que si conocemos la estructura secundaria del RNA, como esta:

tenemos que averiguar cómo es que la molécula se “dobla” en tres dimensiones para formar una estructura como esta:

Imágenes tomadas de aquí, donde hay más detalles de las mismas. Es impresionante que partes que están alejadas en el diagrama en dos dimensiones, pueden quedar muy cerca y de hecho interactuar entre ellas, una vez que la estructura tridimensional es alcanzada.

Ya mencionamos la importancia biológica de la estructura tridimensional, ahora ¿dónde entra la física en esto? Esa es la parte asombrosa, pues las interacciones entre los átomos de carbono, nitrógeno, hidrógeno, etc. que conforman los nucleótidos y — en general — toda la secuencia de RNA están regidos por la fuerza electrostática. Sí, la única fuerza que entra en consideración es el potencial electrostático de Coulomb. Ya sea que se utilice mecánica cuántica para encontrar los niveles de energía de la molécula, o puramente mecánica Newtoniana para analizar la dinámica molecular; la fuerza fundamental que entra en el juego es la fuerza electrostática entre las cargas positivas y negativas. Por muy complejos que sean los ciclos biológicos, al final todo se reduce a interacciones electrostáticas entre átomos y moléculas.

Muchas veces, al ver el funcionamiento celular nos hacemos preguntas como esta: ¿cómo sabe el RNA qué forma tomar? Obviamente, es una sólo una forma de hablar. La molécula no sabe nada, no piensa nada. Todo es una perfecta orquestación de armonía y sincronización regida por la leyes naturales. ¿No es asombroso?