De Salamanquesas, Fuerzas Intermoleculares y ADN

Este verano estuve de vacaciones por Andalucía, visitando a la familia y disfrutando del sur. Después de pasar unos días en Cádiz le pregunté a mis hijos qué es lo que más les había gustado, y ya se sabe cómo van estas cosas con los niños… no contestaron las jirafas del zoo de Jerez, las tortillitas de camarones, ni los millones de horas de piscina o en la playa. No. Para mis hijos, lo mejor de Cádiz -por lo menos después del tiempo con los primos- fueron las salamanquesas que encontraron trepando por los muros en el jardín de mi hermano.

Y aunque quizás no compartamos que las salamanquesas fueron lo mejor del verano, sí que les voy a conceder que estas criaturas tienen algo de fascinante.

Lo que normalmente llamamos salamanquesas en mi tierra -o geckos, que creo que es un nombre más extendido- son unos pequeños reptiles nocturnos que tienen una capacidad sorprendente para trepar sobre cualquier superficie. El cómo lo hacen es algo que ha intrigado a los científicos durante milenios, pero que ahora se conoce con detalle.  

A lo largo de los siglos se han descartado explicaciones como secreciones pegajosas, minúsculos ganchos o elementos de succión. Conforme el tema se fue estudiando con más profundidad se empezó a bucear en el mundo de las fuerzas intermoleculares para explicar el fenómeno. Estas fuerzas -más débiles que los enlaces- se producen entre los electrones de moléculas adyacentes y pueden ser de diferente naturaleza. Los científicos barajaron dos posibilidades durante una época:

a) Fuerzas polares – son las fuerzas que se producen cuando la distribución de los electrones dentro de la molécula es desigual, como ocurre en el caso de la molécula del agua. En este caso los geckos podrían usar una fina capa de agua para pegarse a la superficie, lo que podría hacer presentando algún tipo de molécula polar en las extremidades que facilitaría la interacción con las moléculas de agua de la superficie.

b) Fuerzas de Van der Waals – son fuerzas intermoleculares que ocurren en moléculas no polares. En este caso, las distribuciones de carga en las moléculas de una superficie se alinean temporalmente con las cargas de la superficie opuesta, generando una fuerza de atracción entre las mismas.

En el año 2000 esta disputa quedó aclarada cuando unos biólogos pusieron a geckos a andar sobre superficies polares y no polares usando diferentes materiales. Descubrieron que los geckos no necesitan polaridad para pegarse a la superficie, y gracias a ello hoy sabemos que los geckos usan fuerzas de Van der Waals para pegarse a las superficies sobre las que trepan.

¿Y cómo lo consiguen?

A base de ingeniería. Los dedos de los geckos son pegajosos gracias a la presencia -por millones- de unas microestrucutras formadas por queratina con forma de pelo (setae).

Estas microestructuras se van ramificando hasta ser capaces de formar billones de interacciones atómicas con la superficie, lo que tiene un efecto acumulativo y hace que se genere suficiente fuerza para pegar el gecko a la superficie. El gecko puede controlar la adherencia a través del movimiento de los dedos cambiando la orientación de estas estructuras, lo que les da la sorprendente capacidad de “encender o apagar” la adherencia a su antojo.

Las fuerzas de Van der Waals son fuerzas débiles que se pueden formar y romper con facilidad, y esta característica las hace muy útiles y abundantes en la vida a nivel molecular. Otro ejemplo clásico de estas fuerzas y su implicación en la biología es su presencia en la molécula de ADN.

El ADN está compuesto por

a) Dos cadenas que se entrelazan (naranja en la estructura)

b) Las bases nitrogenadas, que forman la parte específica y contiene la información (los “escalones” en azul).

Una de las partes más bonitas del descubrimiento de la estructura del ADN es que la estructura inmediatamente mostró cómo la molécula es capaz de dar soporte a sus funciones como material genético.

La explicación va mucho más allá (y quizás la exploremos por aquí en otra ocasión) pero las fuerzas de Van der Waals juegan un papel en esta relación estructura-función. El ADN necesita ser una molécula muy estable para ser capaz de almacenar información, pero al mismo tiempo necesita ser dinámica para que sus funciones se lleven a cabo. Cuando la información necesita ser procesada, las dos cadenas de ADN tienen que abrirse para dejar acceso a la maquinaria molecular que la procesa. Ese abrir y cerrar de cadenas es posible gracias a la presencia de fuerzas intermoleculares débiles, de las que las fuerzas de Van der Waals forman parte, junto a otras como los puentes de hidrógeno. La estabilidad es posible gracias al alto número de interacciones que se producen a lo largo de la molécula, y el dinamismo viene dado por la debilidad de estas mismas. Exactamente el mismo mecanismo por el que un gecko puede pegarse y despegarse a una pared utilizando fuerzas intermoleculares débiles.

Y eso es lo que, sorprendentemente, los geckos tienen en común con la molécula de ADN.

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Para leer un poco más:

Sobre la adherencia de los geckos:

1.- https://en.wikipedia.org/wiki/Gecko_feet

2.- https://academic.oup.com/icb/article/42/6/1081/698253

3.- https://www.sciencemag.org/news/2002/08/how-geckos-stick-der-waals

4.- https://ed.ted.com/lessons/how-do-geckos-defy-gravity-eleanor-nelsen

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