Las maquinarias de la alegríaLas maquinarias de la alegría

Braulio Gutiérrez MedinaIPICYT

Ciencia en el Bar, Las BóvedasMayo 12, 2010

San Luis Potosíz

La Ciencia en el BarLa Ciencia en el Bar

Las maquinarias de la alegríaLas maquinarias de la alegría

Braulio Gutiérrez MedinaIPICYT

Ciencia en el Bar, Las BóvedasMayo 12, 2010San Luis Potosí

La célulaLa célula

Célula (cella = cámara, espacio vacío, 1667)la más pequeña unidad estructural de los seres vivos capaz de funcionar independientemente.

Bacterias: 1 Célula

Humano: 100 000 000 000 000 = 1014 Células

La célula es una unidad La célula es una unidad complejacompleja

¿De qué tama¿De qué tamaño es una ño es una célula?célula?

1 μm

1 mm = 10-3 m1 μm = 10-6 m1 nm = 10-9 m

100 m 1 m 1 cm 100 μm 10 nm 0.1 nm 10 m 0.1 m 1 mm 10 μm 100 nm 1 nm

NANOTECNOLOGIA

¿Qué hay dentro de una ¿Qué hay dentro de una célula?célula?

• Composición (por peso)

– 70% agua– 7% moléculas pequeñas (< 2 nm)

• sales• lípidos• amino ácidos• nucleótidos

– 23% macromoléculas (> 2 nm)• proteínas• polisacáridos• Lípidos• Acidos nucleicos (ADN, ARN)

Biología molecularBiología molecular

• 1952-1953 James D. Watson y Francis H. C. Crick deducen la estructura de doble hélice del ADN

• 2001 Secuencia del genoma humano

Máquinas moleculares Máquinas moleculares familiares: FIBRAS familiares: FIBRAS

MUSCULARESMUSCULARES

Myosina

Máquinas moleculares Máquinas moleculares familiares: DIVISION familiares: DIVISION

CELULARCELULAR

Máquinas convencionales vs Máquinas convencionales vs Máquinas molecularesMáquinas moleculares

MyosinaMyosina

MotocicletaMotocicleta• Convierte energía en movimiento• Energía: combustión de hidrocarburos• Velocidad: 100 km/h = 30 m/s• Potencia: 100 caballos de potencia = 7,500 Watts

• Convierte energía en movimiento• Energía: hidrólisis de ATP

• ‘Velocidad’: 1 μm/s = 10-6 m/s• Potencia: 4x10-19 Watts

10 cm

10 nm

¿Por q¿Por qué estudiar los motores ué estudiar los motores moleculares?moleculares?

• Enfermedades neurodegenerativas• Medicinas anti-cáncer

source: Popular Science, March 1989work of R. Muller, UC Berkeley

human epithelial cell, ~50 µm

50 nm

E. coli

1,000 nm

~500,000 nm

¿¿Qué herramientas se utilizan Qué herramientas se utilizan para estudiar los motores para estudiar los motores

moleculares?moleculares?• Metodos bioquímicos • Estructura

• Microscopia: óptica, electrones, fuerza atómica, etc.

¿M¿Microcirugía? Pinzas diminutasicrocirugía? Pinzas diminutas

1 μm

Las pinzas ópticas:Las pinzas ópticas:capturando objetos con luzcapturando objetos con luz

A. Ashkin A. Ashkin et alet al., 1986, ., 1986, Opt. Lett.Opt. Lett. 1111:288-290:288-290

1 µm

221 EFgrad Ep

F = x

Multiples pinzas ópticasMultiples pinzas ópticaspermiten experimentos crucialespermiten experimentos cruciales

1 µm

La cinesina: un motorLa cinesina: un motoresencial para la célulaesencial para la célula

organelo

Hirokawa (1998) Science 279: 519

Transporte de organelos

microtubulo

cinesina

La ardua tarea de la cinesina La ardua tarea de la cinesina dentro de célulasdentro de células

Excerpt from “Excerpt from “Inner Life of the CellInner Life of the Cell””Movie credit: HHMI / XVIVOMovie credit: HHMI / XVIVO

Courtesy Alain Viel; animation by John LeiblerCourtesy Alain Viel; animation by John Leibler

La manipulación óptica explora La manipulación óptica explora la nanomecánica de motores la nanomecánica de motores

individualesindividuales

Block, S.M. Cell 93:5 (1998)

Time (s)P

osi

tio

n (

nm

)

• Energía: 1 molécula de ATP hidrolizada por cada paso• Distancia: Cada paso mide 8.2 nm. • Fuerza: La fuerza del motor ~7 pN.• Procesividad: La cinesina toma ~100 pasos

El laboratorioEl laboratorio

También se puede aplicar También se puede aplicar rotaciónrotación

1 μm

Superenrollamiento del ADN

3.4 Å

Otros tipos de microscopíaOtros tipos de microscopía

Braulio Gutiérrez MedinaIPICYT

E-mail: bgutierrez@ipicyt.edu.mx