Proteínas

Para poder entender la base molecular de la vida es necesario entender cómo es que esas cosas llamadas “proteínas” funcionan. Aunque la gente piensa en proteína como algo que se come (uno de los principales grupos alimenticios), cuando están en el cuerpo de un animal o de una planta no ingeridos sirven un propósito diferente. Las proteínas son la maquinaria de los tejidos vivos que construyen las estructuras y que llevan a cabo las reacciones químicas necesarias para la vida. Por ejemplo, el primero de varios pasos necesarios para la conversión del azúcar a formas de energía biológicamente utilizables se lleva a cabo por una proteína llamada hexoquinasa. La piel está hecha en su mayoría de una proteína llamada colágeno. Cuando la luz llega a su retina ésta interactúa con una proteína llamada rodopsina. Como puede observarse aún en este pequeño conjunto de ejemplos, las proteínas llevan a cabo funciones sorprendentemente diversas. Sin embargo, en general, una determinada proteína puede desarrollar una o pocas funciones: la rodopsina no puede formar piel y el colágeno no interactúa con la luz para producir las visión. Por esta razón una célula típica contiene miles y miles de proteínas diferentes para llevar a cabo las muchas tareas necesarias para la vida, de la misma manera que en el taller del carpintero hallaremos diferentes clases de herramientas para sus variadas tareas.

¿A qué se asemejan esas versátiles herramientas? La estructura básica de las proteínas es bastante simple: son cadenas formadas mediante la unión de unidades llamadas aminoácidos (ácidos amínicos). Aunque la cadena de proteína puede consistir desde 50 hasta 1000 aminoácidos, cada posición puede contener sólo uno de los 20 diferentes aminoácidos. En este respecto son como las palabras: las palabras pueden ser de diferente longitud pero están hechas de un conjunto de sólo 26 letras. Ahora bien, una cadena de aminoácidos no está flotando en la célula al garete, más bien se dobla formando una estructura específica que puede ser muy diferente para otros tipos de proteínas. Dos cadenas de aminoácidos diferentes —dos diferentes proteínas— pueden doblarse para formar estructuras tan específicas y diferentes entre sí como específicas y diferentes entre sí son una sierra y una llave inglesa. Y, como las herramientas en el hogar, si la forma de las proteínas se distorsionada significativamente, entonces fallarán en cumplir su tarea.

La visión del hombre

En general, al nivel molecular los procesos biológicos son llevados a cabo por una red de proteínas, cada una de las cuales realiza una tarea particular en una cadena.

Retornemos a la pregunta, ¿cómo vemos? Aunque para Darwin el evento primario de la visión era una caja negra, a través del esfuerzo de muchos bioquímicos la contestación a la pregunta de la vista parece estar a nuestro alcance.(4) Cuando la luz llega a la retina, un fotón es absorbido por una molécula orgánica llamada 11-cis-retinal, causando que ésta se reorganice en picosegundos y se convierta en trans-retinal. Este cambio en forma de las moléculas retinales fuerza un cambio correspondiente en la forma de la proteína rodopsina, a la que está firmemente ligada. Como consecuencia de la metamorfosis en la proteína, la conducta de la proteína cambia de manera muy específica. La proteína alterada puede ahora interactuar con otra proteína llamada transducina. Antes de asociarse con la rodopsina, la transducina está muy ligada a una pequeña molécula orgánica llamada GDP, pero cuando se une a la rodopsina el GDP se disocia de la transducina y una molécula llamada GTP, muy parecida a pero críticamente diferente de GDP, se enlaza con la transducina.

El intercambio de GDP por GTP en el complejo de tranducina-rodopsina altera su conducta. La GTP-tranducina-rodopsina se liga a una proteína llamada fosfodiesterasa, localizada en el lado interno de la membrana celular. Cuando esto ocurre la fosfodiesterasa adquiere la habilidad de descomponer una molécula llamada GMPc. Inicialmente hay abundancia de moléculas de GMPc en la célula, pero la acción de la fosfodiesterasa baja la concentración de GMPc. La activación de la fosfodiesterasa puede asemejarse al remover el tapón en la tina de baño, bajando el nivel del agua.

Fig. 1 Elementos necesarios para la visión.

Una segunda proteína en la membrana que se liga al GMPc, llamada un canal iónico, puedes ser concebida como una puerta de entrada especial que regula el número iónico de sodio en la célula. El canal iónico normalmente permite que iones de sodio entren a la célula mientras que otra proteína diferente los bombea activamente hacia afuera. La acción dual del canal de ion y de la bomba de proteínas mantiene el nivel de sodio dentro de la célula dentro de unos niveles específicos. Cuando la concentración de GMPc es reducida de su valor normal por el rompimiento realizado por la fosfodiesterasa, muchos canales se cierran, resultando en una reducción de la concentración celular de los iones de sodio (de carga positiva). Esto provoca un desequilibrio de cargas entre ambos lados de la membrana celular lo que, finalmente, causa una corriente eléctrica que será transmitida por el nervio óptico hasta el cerebro. El resultado, cuando es interpretado por el cerebro, es la percepción visual.

Si la bioquímica de la visión estuviera limitada a las reacciones mencionadas arriba, la célula agotaría rápidamente su provisión de 11-cis-retinal, y GMPc, así como de iones de sodio. Por lo tanto se necesita un sistema para limitar la señal que se genera y para restaurar la célula a su estado original. Existen varios mecanismos para este propósito. Normalmente, en la oscuridad, el canal iónico, también permite que iones de calcio, además de los de sodio, entren a la célula. El calcio es bombeado hacia a fuera de ésta por una proteína diferente, de modo que se mantenga una concentración de calcio constante dentro de la célula. Sin embargo, cuando los niveles de GMPc bajan, cerrando el canal iónico y disminuyendo la concentración de sodio, la concentración de calcio también disminuye. La enzima fosfodiesterasa, que destruye el GMPc, es grandemente ralentizada a concentraciones bajas de calcio. Además, una proteína llamada guanilatociclasa comienza a volver a sintetizar el GMPc cuando los niveles de calcio comienzan a bajar. Mientras tanto, mientras todo esto está sucediendo, la proteína metarrodopsina II es modificada químicamente por una encima llamada rodopsinaquinasa, que coloca un grupo fosfato en su sustrato. La rodopsina modificada es entonces unida por una proteína denominada arrestina, que previene que la rodopsina continúe estimulando (activando) la transducina. De esta manera la célula contiene mecanismos para limitar la señal amplificada desencadenada por un fotón.

Fig. 2 Animación del efecto de un fotón
sobre una molécula de rodopsina

El transretinal eventualmente se separa de la molécula de rodopsina y tiene que ser reconvertida a 11-cisretinal y, nuevamente, ligado a una opsina para regenerar la rodopsina para otro ciclo visual. Para lograr esto, el transretinal es primeramente modificado químicamente por una enzima para convertirla en transretinol, una forma que contiene dos átomos adicionales de hidrógeno. Una segunda enzima entonces isomeriza la molécula a 11-cisretinol. Finalmente, una tercera enzima remueve los átomos de hidrógeno anteriormente añadidos para formar 11-cisretinal, y el ciclo es completado.

Para explicar la Vida

Aunque no se han citado aquí muchos detalles de la bioquímica de la visión, hemos pretendido demostrar con este vistazo que, últimamente, esto es lo que significa “explicar” la visión. Éste es el nivel de explicación que la ciencia biológica eventualmente debe perseguir. Para poder decir que se comprende alguna función, se deben dilucidar todos los pasos relevantes en el proceso. Los pasos relevantes en el proceso biológico ocurren, en última instancia, al nivel molecular, de manera que la explicación satisfactoria de un proceso biológico, tales como la vista, la digestión o la inmunidad, deben incluir una explicación molecular. Ahora que la caja negra de la visión ha sido abierta, ya no es suficiente, una “explicación evolucionista” para aclarar “solamente” las estructuras anatómicas de los ojos como un todo, como hizo Darwin en el siglo XIX y como los propagandistas de la evolución hacen hoy. La anatomía es, sencillamente, irrelevante. También lo es el registro fósil. No importa si el registro fósil es o no consistente con la teoría evolucionista, como no importaba en la física que la teoría de Newton fuese consistente con la experiencia cotidiana. El registro fósil no tiene nada que decirnos sobre, digamos, cómo las interacciones entre el 11-cisretinol con la rodopsina, la transducina y la fosfodiesterasa podrían haberse desarrollado paso a paso. Tampoco los patrones de biogeografía importan, o la genética de poblaciones, o las explicaciones que la teoría de la evolución ha ofrecido para explicar los órganos rudimentarios o la abundancia de especies. “Cómo es que el nervio viene a ser sensitivo a la luz difícilmente nos importan más que cómo se originó la vida misma”, dijo Darwin el en siglo XIX. Pero ambos fenómenos han atraído el interés de la bioquímica moderna. La historia de la lenta parálisis de investigación del origen de la vida es muy interesante, pero no tenemos espacio para comentarlo aquí. Es suficiente señalar que actualmente los estudios del origen de la vida se han disuelto en una cacofonía de modelos en conflicto, cada uno poco convincente, seriamente incompleto e incompatible con los demás modelos. En privado aún la mayoría de los biólogos evolucionistas admitirán que la ciencia no tiene explicación para el origen de la vida.(5)

El propósito de este trabajo es el de demostrar que los mismos problemas que acosan la investigación sobre el Origen de la Vida, también lo hacen con los esfuerzos para explicar cómo pudo venir a existir cualquier sistema bioquímico complejo. La Bioquímica ha revelado un mundo molecular que resiste tenazmente ser explicado por el mismo sistema que ha sido aplicado por largo tiempo al nivel de todo el organismo. Ninguna de las cajas negras de Darwin —el origen de la vida o el origen de la visión u otro sistema bioquímico complejo— ha sido demostrado por su teoría.


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