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Descubrimiento de un reloj giratorio en bacterias

David Coppedge, Graduado en Física (con honores)

¿Qué podría ser más mecánico que un reloj mecánico? Un bioquímico ha descubierto uno en el más simple de los organismos: una cianobacteria unicelular. Examinando los tres complejos componentes proteínicos de su reloj circadiano, le parece que ha encontrado el modelo que explica su estructura y función: gira para medir el tiempo y aunque mantiene una buena exactitud, este reloj solo mide 10 mil millonésimas de metro.

Los científicos ya conocían las piezas del reloj cianobacteriano. Se conocen como KaiA, KaiB y KaiC. Jimin Wang, del Departamento de Biofísica Molecular y de Bioquímica en Yale, publicando en la revista Structure1, ha descubierto una elegante solución para la interacción de sus piezas. Se inspiró en la semejanza de estas piezas con las de la ATP sintasa, una enzima universal que se conoce como motor giratorio. Aunque son estructuralmente diferentes, las proteínas Kai parecen operar como otro motor giratorio —y esta vez el de un reloj.

Aprendimos ya anteriormente que las piezas interaccionan de alguna forma en sincronía con el ciclo diurno, pero el mecanismo seguía siendo una «caja negra». Wang descubrió que la pieza Kaic, un cilindro hexagonal, tiene una cavidad central donde puede ajustarse la pieza KaiA cuando experimenta una «activación» que cambia su forma, algo así como unas tijeras que se despliegan. Como una llave, ajusta en la caña central y gira. La pieza KaiB, como una tuerca del tipo de palomilla, se fija sobre la KaiB en el fondo del carrusel KaiC. Por cada 120° de giro del eje, se unen grupos de fosfato al exterior del carrusel, hasta que la KaiC queda totalmente saturada, o fosforilada. Aparentemente, esto sucede a múltiples complejos Kai durante la noche.

¿Cómo mide esto el tiempo? Cuando está desfosforilada, la KaiC afecta a la expresión de los genes. Durante la noche, cuando está en complejo con las otras dos piezas, queda reprimida en su acción, lo que cierra de manera efectiva la célula para la noche. Parece que muchos de estos complejos forman y disocian cada ciclo. Al deshacerse los complejos por la mañana, se reanuda la expresión, y la célula despierta. Cuando la KaiC se separa de las otras piezas, queda destruida, lo que pone fin a su represión de genes y estimulando la creación de más KaiC. «En resumen», dice Wang, «los complejos Kai son un reloj giratorio para fosforilación, que impone el ritmo de destrucción de los complejos Kai dominantes durante la noche y libera la KaiA en el momento oportuno». Este sistema establece un bucle de retroalimentación con oscilación día-noche que permite a la bacteria mantenerse en sincronía con la hora del día.

Wang participa de la actitud de sorpresa de que una bacteria posea un reloj que persista durante más tiempo que el ciclo de división celular. Esto significa que el acto de la división celular no rompe el reloj:

El descubrimiento de un reloj bacteriano rompe inesperadamente el paradigma de los relojes biológicos, porque la rápida división celular y la duplicación de los cromosomas ocurren dentro de un período circadiano (Kondo et al., 1994 y Kondo et al., 1997). De hecho, estos osciladores cianobacterianos en células individuales poseen una fuerte estabilidad temporal con un tiempo de correlación de varios meses.

El artículo de Wang presenta unos elegantes diagramas de las piezas y de cómo ajustan de forma precisa entre ellas. En su modelo, el carrusel KaiC se parece al motor hexagonal F1 de la ATP sintasa, y la «llave» KaiA que ajusta en el eje central se parece al árbol de levas. A su vez, la KaiB actúa como el inhibidor en la ATP sintasa. «La estrecha relación entre ambos sistemas puede que se extienda más allá de su semejanza estructural», sugiere a modo de conclusión, «porque la generación rítmica de la ATP dependiente de la fotosíntesis es un importante proceso bajo la regulación circadiana del Kai».

COMENTARIO EDITORIAL: ¿Es necesario decirlo? «No hay mención de evolución en este artículo.» Se mantiene la ley inversa del darwinismo: cuanto más detalladamente se analiza la complejidad celular, tanto menor es la tendencia a mencionar ninguna evolución.

Aquí tenemos un material fascinante. La célula está viva con ruedas, engranajes, motores, monorraíles, tornos, trinquetes y relojes. Paley se sentiría satisfecho.

Referencias : 
  1. 1Jimin Wang, «Recent Cyanobacterial Kai Protein Structures Suggest a Rotary Clock», Structure, Volumen 13, Número 5, Mayo 2005, Págs. 735-741, doi:10.1016/j.str.2005.02.011.
PublicaciónOriginal: 

Creation Evolution Headlines - Rotary Clock Discovered in Bacteria 05/17/2005

Agradecimientos: 
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