A lo largo del tiempo, la Ciencia ha ido desentrañando los misterios de la vida. Su origen, su fundamento y su «inteligencia». Varias disciplinas han llevado el peso de esta trascendente investigación. Podemos citar a la biología -en especial la biología molecular- y a la genética, apoyadas, como no, por la química orgánica. Por supuesto, la física aplicada y la tecnología han facilitado de manera determinante este avance. No olvidemos que sin el microscopio electrónico, simplemente no se hubieran realizar muchos e importantes descubrimientos en los campos de la química y la biología molecular.

Pero destacando sobre todos esos descubrimientos, merece la pena detenerse en uno en concreto: la fuerza eléctrica es el fundamento de la vida.
fuerza electrica vida
Las fuerzas eléctricas son la interacción natural entre las cargas eléctricas positivas y negativas es lo que nos permite realizar todas nuestras funciones. En una palabra: vivir. Podemos asegurar que estas fuerzas son las más importantes que dirigen todos los procesos dentro de una célula, la unidad fundamental de la vida. La mayor parte de las colisiones entre las moléculas no originan ningún efecto.

Sin embargo, algunas de ellas conducen a procesos que son el resultado de las fuerzas eléctricas entre esas moléculas que colisionan. Un ejemplo son las colisiones que tienen lugar entre las bases de nucleótidos libres y la hebra desenredada de ADN durante una replicación. Las colisiones entre los pares correctos de bases son las que producirán fuerzas eléctricas lo suficientemente fuertes para que se «peguen» entre sí esas bases.

La mayoría de las células se componen de agua. Así pues, podemos imaginar la célula como millones de moléculas de agua moviéndose de forma aleatoria (movimiento browniano). En ese movimiento continuo, las moléculas colisionan constantemente entre sí intercambiando energía cinética.

La fuerza eléctrica construye el ADN

Otro ejemplo importante del protagonismo de las fuerzas eléctricas e nivel microscópico puede verse en la estructura del ADN. El ADN consiste en una estructura de doble hélice. Ésta, a su vez, consiste en dos hebras sencillas de ADN enrolladas entre sí, como una escalera de caracol . Las fuerzas eléctricas entre las bases vecinas de nucleótidos es lo que mantiene unidas a las dos hebras. Sin estas fuerzas, las moléculas de ADN no estarían unidas y, sin duda, no existiría en la forma de doble hélice.

Las células están compuestas por cuatro tipos de grandes moléculas: los lípidos (grasas), los polisacáridos (azúcares complejos), los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y las proteínas. De todas estas moléculas, necesarias para la célula, las proteínas son las más importantes para los seres vivos. Nuestras células están formadas principalmente por la unión de bloques de proteínas estructurales.

Podemos ver nuestro cuerpo (formado por billones de células) como una gran máquina proteínica. Nuestro cuerpo posee más de cien mil tipos diferentes de proteínas. Es interesante conocer cómo esa ingente cantidad de tipos diferentes de proteínas se ensamblan entre sí en nuestras células. Cada proteína es una cadena lineal compuesta por una de las veinte moléculas de aminoácidos. Para intentar comprenderlo, la podemos visualizar como si fuese la columna vertebral de una serpiente.
serpiente
Cada vértebra sería un aminoácido. El esqueleto total de la columna tiene cierta flexibilidad y puede adoptar diferentes formas, más plegada o más estirada. Igualmente, los eslabones flexibles (enlaces peptídicos) entre los aminoácidos del esqueleto proteínico permite a las proteínas adoptar una gran cantidad de formas. Mediante la rotación y plegamiento de los aminoácidos «vertebrales», las moléculas proteínicas se asemejan a serpientes, por su capacidad para contraerse y retorcerse.

Cómo la fuerza eléctrica conforma las estructuras proteínicas

Hay dos factores fundamentales que determinan el contorno de una proteína y, por lo tanto, su forma. Uno de ellos es el patrón físico definido por la secuencia de los aminoácidos de formas distintas que conforman ese «esqueleto».

La conformación final de la proteína estará determinada por la situación y signo de las cargas eléctricas.
© Bruce H. Lipton
La conformación final de la proteína estará determinada por la situación y signo de las cargas eléctricas.
El segundo está relacionado con la interacción de las cargas eléctricas que existen entre los aminoácidos enlazados. La mayoría de los aminoácidos tiene una carga positiva o negativa que actúa como un imán. Las cargas del mismo signo originan que las moléculas se repelan una a otras. Las cargas de signo opuesto ocasionan que las moléculas se atraigan entre sí. El esqueleto proteínico flexible se pliega de manera espontánea para adoptar una forma determinada. Esto sucede cuando las sub-unidades de aminoácidos que lo componen rotan y flexionan sus enlaces para contrarrestar las fuerzas generadas por sus cargas eléctricas positivas y negativas.

En la imagen se representa una proteína con dos posibles «esqueletos» o formas (conformaciones). Las variaciones en su forma se basan en las rotación de los enlaces existentes entre las «tuberías» (aminoácidos) adyacentes. ¿Cuál de las dos conformaciones, A o B, adoptaría nuestra hipotética proteína? La respuesta está relacionada con el hecho de que los dos aminoácidos terminales tiene regiones de carga negativa. Puesto que las cargas del mismo signo se repelen, cuanto más alejadas estén más estable será la conformación. La A será la elegida, ya que las cargas negativas se encuentran más alejadas entre sí que en la B.

La conformación (forma final) es un término técnico utilizado por los biólogos para describir cómo una molécula proteínica refleja el estado de equilibrio entre sus cargas eléctricas. No obstante, si las cargas positivas y negativas de la proteína están alteradas, el esqueleto proteínico girará de manera activa para acomodarse a la nueva distribución de cargas.

El movimiento de cargas eléctricas es lo que impulsa la vida

La distribución de las cargas eléctricas de una proteína puede alterarse de forma selectiva mediante un amplio número de procesos. Entre ellos podemos citar la unión de otras moléculas o grupos químicos como las hormonas y eliminación o adición enzimática de iones cargados. También la interferencia de campos electromagnéticos externos, como por ejemplo el de los teléfonos móviles.

Los responsables de los cambios conformacionales proteínicos son las alteraciones en las cargas eléctricas de las proteínas. El continuo cambio de forma de las proteínas puede ocurrir miles de veces por segundo. Este es el movimiento que impulsa la vida.

Stuart Lindsay dirige el «Centro de Biodiseño para la Biofísica de Moléculas Sencillas». Lindsay y su equipo de la «Arizona State University» exploran una propiedad sorprendente de las proteínas, descubierta recientemente. El grupo ha demostrado la conductancia eléctrica a través de proteínas dispuestas entre un par de micro electrodos. La conductancia eléctrica es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica.

Han llegado a demostrar que tal conductancia ocurre únicamente bajo condiciones muy específicas. Los contactos que conectan las moléculas de las proteínas con los electrodos deben estar compuestos con, exactamente, la molécula que la proteína ha elaborado para atarse. Esto proporciona una receta para «cablear» proteínas en circuitos eléctricos.

Lindsay declaró «Si hace cinco años me hubieran dicho que las proteínas serían buenos elementos de circuitos, me habría reído. Habría dicho que eso es ridículo.» Su escepticismo sin embargo dio paso a la sorpresa: «Hemos descubierto hace pocos años una proteína que, sin ninguna función eléctrica conocida, pudo conducir la electricidad. Además lo hizo como un perfecto cable si era conectada a electrodos por una pequeña porción de proteína desarrollada para que la reconociera.»

Corrientes eléctricas: Procesos esenciales para la vida

«Hemos probado con diferentes tipos de proteínas. Cuando las hemos conectado a los electrodos a través de moléculas específicas que reconocen, en todos los casos han constituido cables moleculares casi perfectos. Sin embargo, todavía no comprendemos exactamente por qué sucede esto.»

Los electrones fluyendo a través de sistemas biológicos constituyen algunas de las reacciones más importantes de la naturaleza. Se trata de procesos esenciales de conversión energética, desde la respiración y el metabolismos hasta la fotosíntesis. A pesar de que su fundamento está entendido, se requieren todavía sofisticados métodos para extraer conclusiones con mucho más detalle.

Más evidencias de la conductividad de las proteínas

En un nuevo estudio, los investigadores han llevado a cabo medidas electrónicas directas sobre moléculas sencillas de proteínas. Estas habían sido tradicionalmente consideradas como aislantes eléctricos. Las medidas se han realizado utilizando un microscopio de barrido de efecto túnel. Este instrumento posee una sonda extremadamente fina y precisa, capaz de tocar sólo una molécula.
Representación esquemática de la estructura de una integrina

Representación esquemática de la estructura de una integrina
La molécula elegida inicialmente se conoce como «integrina«, una proteína ubicua que las células utilizan para unir su citoesqueleto a la matriz extracelular. Una integrina, evolucionada para reconocer un pequeño y particular péptido (una pequeña porción de la proteína), actuó como un gran conductor. Además, una variante de la integrina no evolucionada para reconocer ese péptido particular, actuó como un aislante. Habiendo identificado a la integrina como un gran conductor bajo ciertas condiciones, el equipo ha comenzado a investigar otras proteínas capaces de mostrar su conductancia. Para ellos buscan ciertas proteínas que, en principio, no poseen ninguna característica conocida de transferencia de electrones.

En total, se seleccionaron seis proteínas para el estudio de la conductancia. Ninguna de ellas era capaz de generar corriente electroquímica. Cuando las moléculas fueron «amarradas» a una superficie en su entorno acuoso nativo, por medio de moléculas de proteínas que pueden reconocer, se pudo observar su conductividad eléctrica.

Esta conductividad era máxima cuando se realizaban dos contactos específicos. En concreto, se utilizó un anticuerpo que posee dos lugares para unirse a su proteína correspondiente. Cuando los anticuerpos se cortaron por la mitad, de modo que sólo se efectuó un contacto específico, la conductividad cayó drásticamente.

Conclusión

La mayor parte del contenido de esta web está dedicado a las manifestaciones de la fuerza eléctrica no sólo en el Universo exterior sino también en nuestro planeta. Pero no puede ser de otra manera: la Vida forma parte del Universo, por lo que era de esperar que la fuerza eléctrica jugase un papel fundamental también en ella. En concreto, este artículo os ha mostrado algunos importantes ejemplos de la presencia primordial de la fuerza eléctrica en los seres vivos.

La mayoría de la gente solamente conoce la electricidad porque es lo que necesitan sus electrodomésticos para funcionar. Otros la asocian también a los rayos de las tormentas o incuso también a la chispa que siente al tocar su vehículo. Pero pocos la asocian a las auroras polares, al viento solar o incluso casi nadie a los filamentos galácticos.

Ni que decir tiene que son muy pocos los que asocian la fuerza eléctrica a los procesos biológicos. Y tampoco saben que la respiración, la digestión, nuestros movimientos y los latidos de nuestro corazón no existirían sin la electricidad.

LA FUERZA ELÉCTRICA DA LA VIDA Y ES OMNIPRESENTE.
Sobre el autor

Adolfo Arto es autor de la web Universoelectrico.info, titulado en Ciencias Físicas por la Universidad de Zaragoza, en la rama de Física atómica y nuclear. Se considera un físico de mente abierta.

La web Universoelectrico.info, Cosmología del Plasma, tiene como lema fundamental: "Vivimos en un Universo Eléctrico, que se manifiesta desde nuestro ADN hasta las más lejanas galaxias".