El universo atómico que forma nuestros propios cuerpos y da sentido a la vida a nivel molecular es un ente complejo y dinámico. Pero esta intrincada realidad química no siempre fue el principal objeto de estudio por parte de químicos y naturalistas. No fue hasta 1828 cuando se sintetizó artificialmente la urea, un compuesto puramente orgánico. Friedrich Wöhler, autor del descubrimiento, había tumbado una teoría química fundamental, el vitalismo, la cual postulaba que las moléculas orgánicas sólo podían ser sintetizadas por organismos vivos, siendo esta materia distinta de los compuestos inorgánicos. Wöhler se había convertido en el padre de la química biológica o bioquímica.
Este suceso fue decisivo a la hora de entender el interés posterior por el estudio de los compuestos orgánicos. La vida se empezaba a entender cómo un conjunto gigantesco de reacciones químicas complejas, dando forma a nuestra moderna bioquímica. Hoy tenemos un conocimiento bastante claro de las reacciones bioquímicas clave que permiten mantener a nuestras células con vida y en pleno funcionamiento.
El ADN, la molécula que guarda la información genética celular, se ve ahora como una hilera de bases nitrogenadas (A, C, T y G) que permiten la construcción del ARN, la herramienta fundamental para la síntesis de los efectores celulares, las proteínas. A su vez, las proteínas se componen de una sucesión de pequeñas unidades moleculares, los aminoácidos, cuyas propiedades fisicoquímicas permiten una amplia gama de interacciones moleculares, lo que hace de las proteínas una de las herramientas biológicas más versátiles y efectivas conocidas. No solo es importante la secuencia de aminoácidos que forma la proteína, sino también su estructura molecular, la cual es tremendamente compleja y se está empezando a estudiar mediante modelos computacionales de una complejidad tremenda.
Estructura molecular del ADN. Las bases nitrogenadas se encuentran enfrentadas A-T y C-G y unidas por enlaces débiles de naturaleza puente de hidrógeno. En su forma natural, el ADN forma una doble hélice muy estable, lo que permite obtener fragmentos de ADN incluso de organismos que murieron hace miles de años.
Al mismo tiempo, nuestras células requieren de una gran cantidad de energía para su funcionamiento diario. Los alimentos que ingerimos nos proporcionan una amplia variedad de moléculas orgánicas: azúcares, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. La glucosa es, sin duda, el compuesto orgánico más abundante en la naturaleza y la principal fuente de energía de los organismos. La rotura de este glúcido (glucólisis) en el interior celular permite el inicio de una serie de reacciones químicas que termina con la síntesis de una molécula orgánica de extraordinario valor, el adenosín trifosfato o ATP. El ATP se forma por fosforilación del ADP, es decir, añadiendo un grupo fosfato al adenosín difosfato, que contiene dos grupos fosfato. Esto ocurre mediante un elaborado sistema de enzimas acopladas en la cara interior de un orgánulo muy especial, la mitocondria. Añadiendo un tercer grupo fosfato se forma una molécula portadora de gran cantidad de energía que puede ser cedida a otras moléculas para realizar las funciones celulares más complejas. Una vez que el ATP es utilizado por la célula vuelve a su estado de dos grupos fosfato o ADP para ser nuevamente cargado de energía.
Además de sintetizar proteínas, replicar su material genético y obtener energía, nuestras células exhiben un complejo comportamiento señalizador. La vida pluricelular conlleva una gran coordinación y comunicación por parte de las células de nuestro organismo, lo que ha derivado en la necesidad de desarrollar un sistema de “mensajería celular”. Por una parte, las enzimas de nuestras células pueden estar o no en funcionamiento, lo que se consigue añadiendo o quitando ciertas moléculas que sirven de indicadores. Por ejemplo, la fosforilación de una enzima puede provocar su inactivación o viceversa, lo que permite una estricta regulación en función de las necesidades celulares. Al mismo tiempo, los niveles de algunos compuestos pueden actuar como señales dentro de la célula y modificar la actividad de las enzimas. Como curiosidad, intentando tratar algunas patologías cardíacas, los investigadores se dieron cuenta de que su fármaco provocaba erecciones en los pacientes. El sildenafil, más conocido como viagra, es un fármaco descrito como inhibidor de una enzima llamada fosfodiesterasa (PDE). Esta enzima permite el paso de GMP en forma cíclica (una molécula muy parecida al ATP) a GMP en forma no cíclica. Lo interesante de esta molécula es que, en su forma cíclica, puede actuar como un potenciador de la relajación de los cuerpos cavernosos del pene y la vasodilatación, lo que permite una erección. En pacientes con disfunción eréctil, el viagra inhibe a la enzima PDE, que convierte la forma cíclica (potenciadora) de la forma no cíclica (no potenciadora), lo que estimula una mayor llegada de sangre y permite una erección.
Estructura de la enzima 21-hidroxilasa, que participa en la síntesis de hormonas esteroideas con múltiples funciones biológicas. Se puede apreciar la conformación de 3 unidades proteicas unidas por la partícula central.
Pero esta curiosa vía de señalización molecular no es la única, sino que muchas otras rutas han sido estudiadas en las células de nuestro organismo. La insulina, también conocida como hormona de la abundancia, es una importante molécula señalizadora en nuestro organismo. Producida en el páncreas, es liberada al torrente sanguíneo, lo que permite que llegue con mayor rapidez a las células donde ejerce su actuación. Lo interesante de la insulina es que permite a las células captar la glucosa del torrente sanguíneo mediante una serie de moléculas señalizadoras en el interior celular. La mayoría de las hormonas ejercen su efecto uniéndose a un receptor, que suele ser una molécula de gran complejidad que interactúa a su vez con decenas de moléculas señalizadoras, lo que desencadena, en el caso de la insulina, una transducción de señal, es decir, una respuesta molecular en el interior de la célula. Al instante, el mensaje es recibido por una cascada de moléculas que permiten a la célula captar la gran cantidad de glucosa que se encuentra en sangre después de una ingesta. Esta es la razón de que la insulina tenga un pico de secreción después de las comidas, permitiendo el almacenaje de las moléculas orgánicas fundamentales a la hora de producir energía.
En definitiva, un mundo químico y molecular existe dentro de nuestro organismo, todos los días y a todas horas. Es casi increíble la gran cantidad de procesos que tienen lugar en un orden casi perfecto y coordinado, lo que nos demuestra que somos el producto de un complejo y largo proceso evolutivo, donde los procesos químicos que rigen nuestra vida han coevolucionado con nosotros, volviéndose extremadamente complejos y precisos. Pero esto no es todo, amigos, sino que la investigación en este campo nos está permitiendo descubrir nuevas rutas moleculares desconocidas hasta el momento, aumentando nuestro entendimiento sobre la vida a nivel molecular y ayudándonos a mejorar nuestra ya compleja medicina. Este no es el final del camino, sino que aún nos queda mucho para desentrañar, a nivel molecular, ese gran misterio llamado vida.
Bibliografía:
- Alberts, B., Wilson, J., Hunt, T., Montes Castillo, J., & Llobera i Sande, M. (2016). Biología molecular de la célula. Barcelona: Omega.
- Lehninger, A., Nelson, D., & Cox, M. (2013). Principios de bioquímica. Barcelona: Omega.
