Un grupo de bioingenieros estadounidenses utiliz\u00f3 supercomputadoras para analizar qu\u00e9 permite expandir y contraer tejidos clave en cada latido o respiraci\u00f3n. El hallazgo redefine las bases del envejecimiento org\u00e1nico y promete transformar el dise\u00f1o de materiales m\u00e9dicos<\/strong><\/p>\n Cada vez que el coraz\u00f3n late, los pulmones se expanden o la piel se estira y vuelve a su lugar, una prote\u00edna llamada elastina hace posible ese retorno. Pero durante m\u00e1s de 50 a\u00f1os, los cient\u00edficos debatieron qu\u00e9 mecanismo est\u00e1 detr\u00e1s de esa capacidad: \u00bfla flexibilidad propia de la prote\u00edna o su relaci\u00f3n con el agua que la rodea?<\/p>\n Un nuevo estudio publicado en Nature Communications inclina la balanza de forma contundente hacia el agua, y lo hace con una precisi\u00f3n molecular sin precedentes.<\/p>\n Metehan \u00c7am y Anna Tarakanova, investigadores de la Facultad de Ingenier\u00eda de la Universidad de Connecticut (UConn), recurrieron a simulaciones computacionales \u00e1tomo por \u00e1tomo para diseccionar los mecanismos que dan a la elastina su extraordinaria capacidad de recuperaci\u00f3n.<\/p>\n Sus resultados se\u00f1alan que el agua de hidrataci\u00f3n \u2014las mol\u00e9culas que envuelven a la prote\u00edna\u2014 es el factor dominante en ese proceso, por encima de la flexibilidad conformacional de la propia cadena proteica.<\/p>\n \u201cLa elastina es el resorte natural del cuerpo\u201d, explic\u00f3 Tarakanova, profesora asociada en la Escuela de Ingenier\u00eda Mec\u00e1nica, Aeroespacial y de Fabricaci\u00f3n de UConn. \u201cAyuda a que las arterias se expandan y se contraigan con cada latido, permite que los pulmones se estiren y se relajen durante la respiraci\u00f3n y le da a la piel parte de su capacidad para recuperar su forma\u201d, agreg\u00f3.<\/p>\n El debate hist\u00f3rico giraba en torno a dos grandes familias de modelos. La primera comparaba la elastina con una goma el\u00e1stica: al estirarla, los movimientos moleculares de la prote\u00edna se restringen, y esa restricci\u00f3n genera la fuerza de retracci\u00f3n.<\/p>\n La segunda teor\u00eda pon\u00eda el acento en las mol\u00e9culas de agua que rodean a la prote\u00edna. Ambas explicaciones invocan el concepto de entrop\u00eda, que describe la cantidad de formas distintas en que las mol\u00e9culas pueden moverse y organizarse. Un sistema tiende a maximizar su entrop\u00eda; cuando la elastina se estira, la entrop\u00eda disminuye, y esa disminuci\u00f3n impulsa el retorno al estado relajado.<\/p>\n Para resolver la disputa, \u00c7am y Tarakanova construyeron un modelo inform\u00e1tico de mini-tropoelastina, una regi\u00f3n de 225 amino\u00e1cidos de la tropoelastina humana \u2014el precursor molecular de la elastina\u2014. Con ese modelo corrieron simulaciones de din\u00e1mica molecular de largo alcance en el superordenador especializado Anton 3, del Centro de Supercomputaci\u00f3n de Pittsburgh, puesto a disposici\u00f3n por D.E. Shaw Research.<\/p>\n El equipo rastre\u00f3 el estado relajado de la prote\u00edna durante 60 microsegundos y lo compar\u00f3 con un estado de referencia completamente extendido, lo que les permiti\u00f3 calcular por separado la entrop\u00eda de la prote\u00edna y la del agua.<\/p>\n El hallazgo central es claro: al estirar la elastina, una mayor superficie de la prote\u00edna queda expuesta al agua. Eso atrae a mol\u00e9culas de agua adicionales hacia una capa delgada circundante \u2014la primera capa de hidrataci\u00f3n\u2014 donde tienen menos libertad de movimiento que el agua m\u00e1s alejada.<\/p>\n Cuando la prote\u00edna se relaja, parte de esas mol\u00e9culas regresan al l\u00edquido circundante y recupera su libertad. Es esa din\u00e1mica del agua, y no la rigidizaci\u00f3n de la cadena proteica, la que domina el proceso termodin\u00e1mico. \u201cLa flexibilidad de la prote\u00edna sigue siendo importante, pero el agua de hidrataci\u00f3n es el factor que m\u00e1s contribuye a los cambios de entrop\u00eda que medimos\u201d, afirm\u00f3 \u00c7am en declaraciones recogidas por UConn.<\/p>\n La diferencia de magnitud es sustancial. Seg\u00fan los datos publicados en el estudio, el costo entr\u00f3pico del agua de hidrataci\u00f3n al estirar la prote\u00edna alcanza aproximadamente 9 kJ por mol por residuo, muy por encima del costo entr\u00f3pico conformacional de la prote\u00edna misma.<\/p>\n Adem\u00e1s, el estiramiento tambi\u00e9n rompe interacciones favorables dentro de la propia prote\u00edna, mientras que fortalece las interacciones entre la prote\u00edna y el agua; ambas contribuciones se compensan en parte, dejando un cambio neto de energ\u00eda libre relativamente peque\u00f1o \u2014alrededor de 0,88 kJ por mol por residuo\u2014 lo que da a la elastina su caracter\u00edstica capacidad de estirarse y recuperarse sin acumular da\u00f1o permanente.<\/p>\n \u201cLa elastina debe considerarse como un sistema acoplado de prote\u00edna y agua\u201d, sostuvo Tarakanova. \u201cNo simplemente como un resorte molecular seco\u201d. La afirmaci\u00f3n tiene implicaciones que van m\u00e1s all\u00e1 del laboratorio de biof\u00edsica.<\/p>\n Con la edad, las fibras de elastina sufren modificaciones qu\u00edmicas \u2014carbonilaci\u00f3n, peroxidaci\u00f3n lip\u00eddica, glicaci\u00f3n avanzada\u2014 y los tejidos como arterias, piel y pulmones pierden gradualmente su elasticidad. Estudios previos han asociado la degradaci\u00f3n de la elastina con el endurecimiento arterial y, en un plano m\u00e1s especulativo, con el l\u00edmite biol\u00f3gico de la expectativa de vida humana, que algunos investigadores cifran entre los 100 y 120 a\u00f1os.<\/p>\n