Biología

Un paso importante en el nuevo campo de la biología cuántica

(NC&T) Utilizando poderosas computadoras para modelar el complejo baile de los átomos y las moléculas, investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han revelado el mecanismo que sustenta a una importante reacción biológica. En colaboración con científicos del Centro Wadsworth del Departamento de Salud del Estado de Nueva York, el equipo está trabajando en aprovechar la reacción con el fin de desarrollar un "nanointerruptor" para una amplia variedad de usos prácticos, desde la aplicación ultraprecisa de medicamentos en puntos muy concretos, hasta sensores para la genómica y la proteómica.

La investigación es parte de una nueva disciplina llamada "biología cuántica", que utiliza la creciente potencia de los actuales ordenadores de alto rendimiento para modelar con precisión los procesos biológicos complejos. El secreto es la mecánica cuántica, la muy aclamada teoría de la física que explica la "rareza" inherente al reino atómico.

En su estudio, los investigadores describen un mecanismo para explicar cómo un tipo de proteína presente en organismos unicelulares y bacterias se corta de la proteína anfitriona y reconecta los dos extremos libres resultantes.

El proyecto fue dirigido por Saroj Nayak, profesor de física, física aplicada, y astronomía, en el Instituto Politécnico Rensselaer.

Biología cuántica
Momento anterior al corte de la proteína. (Foto: Rensselaer/Phil Shemella)
Es posible emplear esta proteína que se corta a sí misma y une los extremos cortados, de forma predecible, ya que presenta una función que sería bueno utilizar para los propósitos de la nanotecnología. Y como la reacción puede ser sensible a la luz y a otros estímulos ambientales, el proceso podría llegar a ser más que un interruptor bidireccional de "encendido" y "apagado".

Los investigadores desvelaron los detalles del mecanismo de la reacción aplicando los principios de la mecánica cuántica, un marco matemático que describe la conducta aparentemente extraña de las partículas más pequeñas conocidas. Por ejemplo, la mecánica cuántica predice que un electrón puede estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo; o que un gato imaginario puede estar simultáneamente muerto y vivo, como fue sugerido por un famoso cálculo teórico.

Hasta muy recientemente, los científicos no podían aplicar la mecánica cuántica a los sistemas biológicos por el alto número de átomos involucrados. Pero la última generación de supercomputadoras, y el desarrollo de herramientas matemáticas eficaces para resolver las ecuaciones de la mecánica cuántica, están haciendo posibles estos cálculos.


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