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:

rna-secondary

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

rna-terciary

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?

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7 respuestas a El asombro causado por el RNA

  1. Enrique dijo:

    Hola Chay,

    la teoría que mencionás es idea de Garrett Lisi, salió publicada en el arXiv en el 2007. La idea es acomodar las simetrías internas de las partículas junto con las simetrías del espacio-tiempo. La teoría parece resuolver algunas cosas pero introduce otros problemas. Desafortunadamente el artículo es muy especializado y yo no lo sé todo. 🙂

    Sin embargo hay muchos otros blogs en donde la idea ha sido discutida mostrando los pros y los contras. Yo no podría hacer un mejor trabajo que el que ellos ya han hecho. Así que te dejo con dos links muy buenos: backreaction y not even wrong

  2. Chay dijo:

    encontre un video por alli en el cual supuestamente da una especulacion acerca de la teoria del todo, no se si Enrique podria darnos su punto de vista, si podria ser esto una falacia, tambien.

  3. Enrique dijo:

    Gustavo,

    buen punto. Me recordó esa escena hipotética que a veces imagino, en donde los científicos del futuro ya tienen la teoría que lo explica todo, cada fenómeno, cada medición. Allí, contemplando las ecuaciones de la “teoría del todo” alquien pregunta: ¿y por qué estas ecuaciones y no otras? Y la búsqueda continúa.

  4. gordoponce dijo:

    Hola Enrique,

    A mí también me apasiona el tema de las bases físicas de la vida, del cerebro, y de otros sistemas complejos. Si no lo has leído, te recomiendo el librito What is Life? de Erwin Scrhoedinger (como diría Mr. Spock: ¡fascinante!) y otro que se llama “The Rainbow and the Worm” de Mae Wan Ho.

    Con respecto a tu afirmación:

    “Por muy complejos que sean los ciclos biológicos, al final todo se reduce a interacciones electrostáticas entre átomos y moléculas.”

    es equivalentea a decir que por muy complicado que sea un reloj (de los de antes), todo se reduce a un montoncito de engranajes, muelles, balancines y contrapesos. Es cierto, pero lo que verdaderamente queremos conocer es porqué, entre todas las posibles formas de combinar esas piezas, esa es la que funciona…. Decir que un copo de nieve está hecho de agua, y nada más que eso, es sólo la mitad de la diversión: hace falta saber porqué entre todas las posibles formas de combinar moléculas de agua, la naturaleza “escogió” la que tiene cierta simetría.

    En general, cuando pensamos en las propiedades emergentes que aparecen al pasar de un nivel de organización “bajo” a uno “más alto”, siempre sucede que las configuraciones del nivel “alto” consistentes con la dinámica del nivel “bajo” son demasiadas, más de las que suceden en la realidad, y se necesita un principio de selección que explique porqué no todas ocurren en la naturaleza.

    Conocemos al menos dos de estos principios de selección: el principio de exclusión de Pauli, que explica porqué solo algunas de las posibles combinaciones consistenes con la dinámica de protones, neutrones y electrones ocurren en la realidad. Y el principio de selección natural de Darwin, que explica porqué no todos los seres vivos posibles son viables. En muchos otros casos, simplemente desconocemos porqué no todo lo que es posible ocurre en la realidad.

    Que los bioquímicos nos perdonen por meter nuestra cuchara en estos temas, pero tenemos dos razones para hacerlo: una, que los físicos queremos entenderlo todo, y si se descuidan les vamos a comer el mandado, y otra, lo que dijo Schroedinger en su libro sobre la vida: “si nadie se atreve a hablar de temas fuera de su especialidad, nunca podremos hacer trabajo interdisciplinar”.

    Gracias, Enrique, por tu artículo inspirador. Luego seguiremos platicando.

  5. Enrique dijo:

    Leonel,

    las características de una célula están definidas en el ADN. La forma en la que esa información es utilizada es mediante los procesos químicos que involucran encimas que “leen” la secuencia de nucleótidos y forman la cadena de RNA. La interacción electrostática es el fundamento físico de la actividad química. En este sentido, campos electromagnéticos externos podrían, en principio, afectar la interacción química. Podría especular al respecto, pero la verdad es que no sé.

    De hecho en la charla, el expositor mostró que si existen iones de magnesio en solución, la forma tridimensional es diferente que cuando los iones no están. Así que de cierta forma esto sería una respuesta positiva a tu primera pregunta. En cuanto a a la segunda, te la debo, no sé.

    Nancy,

    a mi también me dan ganas estudiar tantas otras cosas, pero como que la vida es muy corta para todo lo que quisieramos hacer!

  6. Nancy dijo:

    muy asombroso, mi estimado Enrique. Realmente agradezco que hayas dado una explicación tan accesible del tema. Creo que en otra vida (si existiera) pediría ser bióloga. Lamento que en mi juventud no hubiera internet pues creo que de toparme con un blog como el de ustedes, habría seguido otra carrera. Eso no significa que no me goce la que tengo, pero me atraen también muchos temas que ustedes han tratado en este blog.
    Felicidades y gracias por la lección interesante de hoy.

  7. litomd dijo:

    De verdad que a uno siempre le quedan cosas por aprender no solo en su propio campo sino que en muchos otros tan interesantes como este. De verdad que dan ganas de estudiar y profundizar más.
    Lo bueno es que siempre hay por donde.
    Por ejemplo, revisé el link hacia bioinformática de Wikipedia que pusiste y me di cuenta que ¡hay por dónde! o sea, qué cantidad de temas en los que uno podría involucrarse seriamente.
    Pero para todo lo demás no queda más que remitirse a los libros de divulgación y leer. Y claro, aprovechar las oportunidades de conferencias y seminarios como el que nos comentas ahora.
    Me saltan varias dudas así que aprovecho que tu me puedes ahorrar el esfuerzo de buscar las respuestas en la web 😉
    Según entiendo de lo que dices la estructura primaria y secundaria del RNA están determinadas de antemano por el ADN, y es sólo la terciaria (la tridimensional) la que queda definida por otros factores, especialmente las fuerzas electrostáticas. Esto querría decir que las propiedades de una célula estarían definidas por el ADN y por las fuerzas electrostáticas presentes en el momento, ¿es correcto?
    Entonces ¿podrían afectar al proceso campos electromagnéticos externos como el de un generador de corriente, una torre de transmisión o un transformador de alta tensión?
    ¿Puede haber un punto en el que las fuerzas electrostáticas sean tan grandes que “pesen más” que la información genética del ADN y cambien radicalmente las propiedades de la célula?

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