Descubren la Ley Cuántica del plegamiento de proteínas

Enlace original: Technology Review

La mecánica cuántica puede explicar, al fin, por qué el plegamiento de las proteínas depende de una forma tan peculiar de la temperatura. Este descubrimiento podría dar lugar a explicaciones de un gran número de fenómenos biológicos.

La famosa relación de Arrenius dice que las cosas ocurren más rápido cuanto más calientes estén. en química, esto es algo que suele ser cierto pero hay una excepción importante: la velocidad a la que las proteínas se pliegan hasta su forma funcional.

Podría pensarse que las proteínas deberían de plegarse más rápido al enfríarse y "desplegarse" más rápido al calentarse, pero la relación real no es ni lineal ni simétrica, lo que quiere decir que el plegado no es el inverso del "desplegado".

Los aminoácidos se convierten en proteínas. Fuente:Wikipedia

Unos biólogos moleculares han propuesto varios mecanismos que lo podrían explicar, como la interacción no lineal entre el agua y las partes hidrófobas de las proteínas, pero ninguna ha resultado convincente.

Eso parece que va a cambiar con el trabajo de Liaofu Luo de la Universidad de Inner Mongolia y Jun Lu de la Inner Mongolia University of Technology, ambas sitúadas en China. Dicen que la forma en que se pliegan depende claramente de la temperatura si se tiene en cuenta la mecánica cuántica.

Antes que nada, analicemos un poco el plegamiento proteínico. Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos que se vuelven biológicamente activas cuando se pliegan hasta adquirir una forma específica y muy compleja. El problema es averiguar cómo hacen esto de una forma tan rápida cuando hay tantas configuraciones posibles.

Para hacerse una idea, una proteína relativamente pequeña de sólo 100 aminoácidos puede tomar 10^100 configuraciones diferentes. Si se probase cada una de estas formas cada 100 milmillonésimas de segundo, se tardaría más que la edad del Universo en encontrar la correcta. Nadie sabe cómo son capaces de hacerlo en microsegundos.

Lo que sí se sabe es que la velocidad a la que se pliegan es muy sensible a la temperatura y los biólogos tienen muchos datos que muestran de una forma muy precisa la velocidad a la que varía. Al dibujar estos valores, se obtuvieron curvas inesperadas.

Hoy, Luo y Lo dicen que estas curvas podrían explicarse con facilidad si el proceso fuese cuántico, la forma podría cambiar por transición cuántica, es decir, que la proteína podría "saltar" de una forma a otra sin adoptar las formas intermedias.

Luo y Lo analizaron esta idea utilizando un modelo matemático sobre la forma en la que podría funcionar y luego derivan las ecuaciones que describen la forma en la que la velocidad del plegamiento cambiaría con la temperatura. Finalmente ajustaron las predicciones de su modelo con experimentos reales.

Su sorprendente resultado es que este modelo de transición cuántico se ajusta a las curvas de 15 proteínas diferentes e incluso explica la diferencia entre el plegado y el "desplegado" de las mismas proteínas.

Es un resultado muy importante. Las ecuaciones de Luo y Lo constituyen las primeras leyes universales sobre el plegamiento de proteínas. Es el equivalente biológico a algo como las leyes de la Termodinámica en la Física.

Impresionante... y no se termina ahí.

Varios grupos están buscando pruebas de que los procesos cuánticos estén presentes en todo desde la fotosíntesis a la navegación de las aves.

Si la mecánica cuántica juega un papel tan importante en el plegamiento proteínico, entonces habrá pocas dudas sobre la importancia que puede tener en otras máquinas celulares. Sólo será cuestión de tiempo que empiecen a salir biólogos cuánticos.

Ref: arxiv.org/abs/1102.3748: Temperature Dependence of Protein Folding Deduced from Quantum Transition