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La fricción limita la velocidad y la eficiencia de los motores macroscópicos. ¿Pasa lo mismo en las nanomáquinas? Científicos de BIOTEC y MPI-CBG en Dresden miden la fricción y fuerza de arrastre de moléculas individuales

Un equipo de investigación en Dresde utilzó pinzas láser para medir la fricción entre un motor de una proteína y su recorrido. El equipo encontró que dentro de nuestras células, los motores trabajan venciendo una resistencia de fricción y son restringidos en su operación, aunqne por lo general no tanto como sus contrapartes macroscópicas.

Estas primeras mediciones experimentales de fricción en las proteínas podría ayudar a los investigadores a comprender mejor los principales procesos celulares, tales como la división celular, que es impulsada por estas máquinas moleculares. (Science, 14 de agosto de 2009)

La fricción es la fuerza que se resiste al movimiento relativo de dos cuerpos que están en contacto. Lo mismo ocurre a nanoescala: los motores moleculares deben luchar contra la fricción entre ellos y su recorrido. Sin embargo, dado que las fuerzas de fricción que actúan en estos motores no se había medido antes, no se sabe en qué forma dependen de la velocidad y la dirección del movimiento.

La fricción frena a las proteínas

Los científicos en el Centro de Biotecnología (BIO-TEC) de la Universidad Técnica de Dresden y en el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) inmovilizaron un motor molecular de quinesina sobre una microesfera sostenida por pinzas láser y lo arrastraron sobre su recorrido, algo que se denomina microtúbulos.

De esta manera, la fuerza de fricción entre el motor y su recorrido de microtúbulos se midió con gran precisión. “Al igual que en las máquinas macroscópicas, la fricción en las proteínas limita la velocidad y eficiencia de los pequeños biomotores”, dicen Erik Schäffer, quien dirige el grupo del BIOTEC y Jonathon Howard, director y jefe del grupo en el MPI-CBG.

Los investigadores explican que la proteína, en ausencia de una fuente de energía, da saltitos de ocho nanómetros (una millonésima de milímetro), que corresponden a la longitud de las subunidades de tubulina que forman un microtúbulo.

Los motores dan pasos desde una subunidad de tubulina a la adyacente formando un nuevo enlace con los filamentos del microtúbulo, a la vez que otro enlace se rompe. Al tirar con las pinzas, la energía liberada por esos enlaces se pierde como fricción.

Eficientes nanomáquinas

La fricción en las proteínas también da una idea de la eficiencia de la quinesina. “Alrededor de la mitad de la energía del combustible de ATP del motor se disipa como fricción entre el motor y su sustrato”, comenta Howard. Schäffer añade: “Lo que queda luego de la disipación en el interior del motor se utiliza para el trabajo mecánico; la eficacia suele ser mucho mayor que la de las máquinas fabricadas por el hombre”. La energía disipada se convierte finalmente en calor, que contribuye al calentamiento de nuestro cuerpo. Así, por ejemplo, nuestros músculos son calentados parcialmente por la fricción de las proteínas cuando las proteínas motoras del músculo realizar su trabajo.

Artículo original: Volker Bormuth, Vladimir Varga, Jonathon Howard, Erik Schäffer: Protein friction limits diffusive and directed movements of kinesin motors on microtubules. Science 325, 870 (14 de agosto de 2009) doi: 10.1126/science.1174923

Fuente: Max Plank Society. Aportado por Eduardo J. Carletti

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