¿Por qué estudiar las moléculas individualmente?

Hace unas semanas les comenté acerca de iBioSeminars, un recurso disponible de manera gratuita y online que nos ofrece clases y seminarios de los científicos más renombrados del mundo. Esta herramienta, es sin dudas, el mejor complemento para las clases que llevamos en la universidad.

La semana pasada salió la primera clase del Dr. Carlos Bustamante, quien labora como investigador y docente en la prestigiosa UC Berkeley. En el presente seminario, el Dr. Bustamante nos explica la importancia de estudiar las reacciones químicas a través de sustratos y enzimas individuales. La forma clásica como hemos estudiado la química y la bioquímica a través de los años se basa en el ensamble estadístico, o sea, estudiamos las reacciones químicas y su cinética a nivel de poblaciones de moléculas y los resultados obtenidos se dan en función al promedio de las reacciones que ocurrieron en cada una de las moléculas de dicha población.

Para explicarlo de manera sencilla, tenemos dos componentes (A y B), que al mezclarse forman un tercer componente (C), el cual presenta un color característico en la solución. Para caracterizar la reacción ponemos una determinada cantidad de A y una determinada cantidad de B, y después de ocurrida la reacción, medimos en un espectrofotómetro la cantidad de luz que absorbe la solución coloreada que se debe a la producción de C y determinamos su concentración. Luego, haciendo el balance estequiométrico sabemos exactamente cuanto A y cuanto B necesitamos para producir C. Por ejemplo: Con 1 mol de A y 1 mol de B producimos 1 mol de C. Esto no quiere decir que cada molécula de A que se encuentre con una molécula de B producirá automáticamente una molécula de C, habrá casos en los que no se de dicha reacción. Las causas pueden ser varias: las moléculas A o B están degradadas, no hay la energía cinética suficiente como para iniciar la reacción, o hay presencia dos o más de estereoisómeros de A o B que no les permiten reaccionar normalmente. Pero, si tomamos a las millones de moléculas de A y las millones de moléculas de B, en su mayoría producirán millones de moléculas de C. Si lo vemos todo como un conjunto la conclusión es que A reacciona con B y produce C.

Por otro lado, en nuestras células las reacciones químicas se dan a nivel de pocas moléculas, y debido al pequeño volumen de una célula, basta que una sola molécula este presente para que su concentración intracelular esté en el orden de las nanomoles. Por ejemplo, una bacteria tienen sólo una molécula de ADN de millones de pares de base y para su replicación sólo actuarán dos moléculas de ADN polimerasa. En otras palabras, esta y otras reacciones bioquímicas intracelulares se dan a nivel de moléculas individuales, y deben ser estudiadas como tales. Entonces, ¿cómo podemos estudiarlas? El Dr. Bustamante tiene la respuesta:

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Vía | iBioSeminars.