La Resonancia Molecular Colectiva es la Clave de la Interacción Intermolecular de Largo Alcance en la Célula

Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation

El descubrimiento de fuerzas completamente nuevas e imprevistas que actúan entre las biomoléculas podría tener un impacto considerable en nuestra comprensión de la dinámica y el funcionamiento de las máquinas moleculares que actúan en los organismos vivos. [1]

Cada segundo dentro de las células de tu cuerpo se producen miles de millones de reacciones bioquímicas, incluyendo al menos 130.000 interacciones proteína-proteína y proteína-ADN que son clave para la funcionalidad celular, regulando la homeostasis, el metabolismo, la biosíntesis, la replicación y el crecimiento. ¿Cómo se coordina este asombroso nivel de actividad de forma tan notable dentro del entorno celular? Que, tal y como se ha descrito, está bastante abarrotado de miríadas de proteínas, solutos, metabolitos y otras biomoléculas. En los modelos actuales, no hay explicaciones para el notable nivel de coordinación: se cree que las innumerables biomoléculas se mueven al azar en un movimiento browniano, chocando unas con otras, y finalmente se produce una colisión entre socios afines, en la orientación correcta, que la reacción necesaria se lleva a cabo y la señalización celular o la vía metabólica procede.

Según este modelo (evidentemente, deficiente), la red de interacciones dentro de la célula está dominada por la difusión molecular aleatoria y las fuerzas de atracción de corto alcance (enlaces de hidrógeno y fuerzas London de Van der Waals ). Estas fuerzas de corto alcance entran en las categorías de lo que comúnmente se conoce como interacciones "lock-and-key" e "induced-fit", pero no pueden explicar el reclutamiento de moléculas distantes para las interacciones afines necesarias, que son muchas. Por tanto, el modelo actual de fuerzas de corto alcance y difusión molecular aleatoria no puede explicar cómo la molécula correcta llega al lugar correcto, en el momento correcto, en la cascada correcta de eventos de cualquier acción biológica.

Para aclarar este modelo, obviamente incompleto, y encontrar el mecanismo de las fuerzas de largo alcance que coordinan las interacciones intermoleculares, un equipo de investigadores de la Universidad de Montpellier y la Universidad de Toulon (Francia) ha empleado la espectroscopia de correlación de fluorescencia y la espectroscopia de terahercios para demostrar experimentalmente la activación de lo que se denomina fuerzas intermoleculares electrodinámicas resonantes, que son fuerzas de largo alcance que surgen de interacciones de resonancia dipolo-dipolo altamente coherentes entre moléculas afines. La investigación ha proporcionado una prueba física sin precedentes de la existencia de fuerzas electrodinámicas resonantes (y por tanto selectivas) activadas por vibraciones moleculares colectivas que pueden orquestar encuentros moleculares clave en el abarrotado espacio celular.

_{"En equilibrio térmico, las macromoléculas muestran un movimiento browniano difusivo en solución (izquierda). Al encender una fuente de energía externa, las moléculas se encuentran en un estado vibratorio colectivo fuera del equilibrio térmico que puede generar fuerzas ED a través de grandes oscilaciones resonantes dipolares asociadas"- Lechelon Mathias et al., "Experimental evidence for long-distance electrodynamic intermolecular forces,” Science Advances, vol. 8, no. 7, p.5855}

Como describen los investigadores en su estudio, "Al ser dinámicas y reversibles, las fuerzas ED pueden ser decisivas en la estructuración de la organización molecular a mesoescala mediante la formación de condensados biomoleculares y, por lo tanto, proporcionan un fundamento para explicar la velocidad de muchos procesos celulares" [1].

Esta comprensión de la interacción selectiva de largo alcance a través de la resonancia que surge de las vibraciones moleculares colectivas dentro del abarrotado espacio celular es muy necesaria y nos dará una visión clara de la biofísica de la célula que impulsa la sinergia organizativa y la comunicación funcional. La comprensión de este fenómeno físico recién verificado también permitirá nuevas modalidades terapéuticas basadas en el impulso de la coherencia intermolecular y la promoción de la fase de condensación a través de la resonancia armónica.

Referencias

[1] Lechelon Mathias et al., “Experimental evidence for long-distance electrodynamic intermolecular forces,” Science Advances, vol. 8, no. 7, p.5855, doi: 10.1126/sciadv.abl5855.