{"id":52353,"date":"2024-04-11T23:43:47","date_gmt":"2024-04-12T04:43:47","guid":{"rendered":"https:\/\/einsteresante.com\/?p=52353"},"modified":"2024-04-11T23:43:48","modified_gmt":"2024-04-12T04:43:48","slug":"investigadores-descubren-la-primera-molecula-fractal-de-la-naturaleza","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/einsteresante.com\/index.php\/2024\/04\/11\/investigadores-descubren-la-primera-molecula-fractal-de-la-naturaleza\/","title":{"rendered":"Investigadores descubren la primera mol\u00e9cula fractal de la naturaleza"},"content":{"rendered":"\n

Un equipo internacional de investigadores dirigido por grupos del Instituto Max Planck de Marburg y de la Universidad Philipps de Marburg ha dado con el primer fractal molecular regular de la naturaleza. Descubrieron una enzima microbiana (citrato sintasa de una cianobacteria) que se ensambla espont\u00e1neamente en un patr\u00f3n conocido como tri\u00e1ngulo de Sierpinski. Los estudios de microscop\u00eda electr\u00f3nica y bioqu\u00edmica evolutiva indican que este fractal puede representar un accidente evolutivo. El estudio se publica en Nature<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Copos de nieve, hojas de helecho, cabezas de coliflor romanesco: muchas estructuras en la naturaleza tienen cierta regularidad. Sus partes individuales se asemejan a la forma de toda la estructura. Estas formas, que se repiten de mayor a menor, se denominan fractales. Pero los fractales regulares que coinciden casi exactamente en todas las escalas, como en los ejemplos anteriores, son muy raros en la naturaleza.<\/p>\n\n\n\n

Las mol\u00e9culas tambi\u00e9n tienen cierta regularidad. Pero si los miras desde lejos, ya no ver\u00e1s ning\u00fan signo de ello. Luego vemos materia lisa cuyas caracter\u00edsticas ya no coinciden con las de las mol\u00e9culas individuales. El grado de estructura fina que vemos depende de nuestra ampliaci\u00f3n, a diferencia de los fractales, donde la autosimilitud persiste en todas las escalas. De hecho, los fractales regulares a nivel molecular son completamente desconocidos en la naturaleza.<\/p>\n\n\n\n

Esto es algo sorprendente. Despu\u00e9s de todo, las mol\u00e9culas pueden ensamblarse en todo tipo de formas maravillosas. Los cient\u00edficos cuentan con extensos cat\u00e1logos de estructuras moleculares complejas autoensambladas. Sin embargo, nunca ha habido un fractal regular entre ellos. Resulta que casi todos los autoensamblajes de apariencia regular conducen al tipo de regularidad que se vuelve suave a gran escala.<\/p>\n\n\n\n

Un equipo internacional de investigadores dirigido por grupos del Instituto Max Planck de Marburg y la Universidad Phillips de Marburg ha descubierto el primer fractal molecular regular de la naturaleza. Descubrieron una enzima microbiana (citrato sintasa de una cianobacteria) que se ensambla espont\u00e1neamente en un patr\u00f3n fractal regular conocido como tri\u00e1ngulo de Sierpi\u0144ski. Esta es una serie de tri\u00e1ngulos que se repite infinitamente formada por tri\u00e1ngulos m\u00e1s peque\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n

“Nos topamos con esta estructura por casualidad y casi no pod\u00edamos creer lo que vimos cuando tomamos im\u00e1genes por primera vez con un microscopio electr\u00f3nico”, dice la primera autora Franziska Sendker.<\/p>\n\n\n\n

“La prote\u00edna forma estos hermosos tri\u00e1ngulos y, a medida que el fractal crece, vemos estos vac\u00edos triangulares cada vez m\u00e1s grandes en el medio de ellos, lo cual es totalmente diferente a cualquier conjunto de prote\u00ednas que hayamos visto antes”, contin\u00faa.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfC\u00f3mo surgi\u00f3 esta inusual excepci\u00f3n? \u00bfQu\u00e9 distingue a la enzima de todas las dem\u00e1s y hace que adopte una forma fractal? En colaboraci\u00f3n con un bi\u00f3logo estructural de la Universidad de Marburg, el equipo finalmente logr\u00f3 determinar la estructura molecular de este conjunto mediante microscop\u00eda electr\u00f3nica, lo que aclar\u00f3 c\u00f3mo logra su geometr\u00eda fractal.<\/p>\n\n\n\n

“Esta fue una de las estructuras m\u00e1s dif\u00edciles, pero tambi\u00e9n m\u00e1s fascinantes, que he resuelto en mi carrera”, dice Jan Schuller, cuyo grupo ayud\u00f3 a determinar la estructura.<\/p>\n\n\n\n

“El problema con la determinaci\u00f3n de la estructura de un fractal es que nuestras t\u00e9cnicas de promedio de im\u00e1genes se confund\u00edan por el hecho de que los tri\u00e1ngulos m\u00e1s peque\u00f1os pueden ser subestructuras de tri\u00e1ngulos m\u00e1s grandes. El algoritmo segu\u00eda centr\u00e1ndose en estos tri\u00e1ngulos m\u00e1s peque\u00f1os en lugar de ver las estructuras m\u00e1s grandes las que eran parte”, explica.<\/p>\n\n\n\n

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Muchas estructuras fractales, por ejemplo en las nubes o en los deltas de los r\u00edos (arriba), se crean mediante procesos aleatorios y no siguen una f\u00f3rmula matem\u00e1tica exacta. Un lecho de r\u00edo m\u00e1s peque\u00f1o no se corresponde exactamente con la estructura del canal m\u00e1s grande del que se bifurca. Los helechos (abajo a la izquierda) y la coliflor romanesco, por otro lado, son ejemplos de fractales regulares. Cr\u00e9dito: MPI f. Microbiolog\u00eda Terrestre\/ Hochberg.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

La asimetr\u00eda conduce a la formaci\u00f3n de fractales
<\/strong>Con la estructura en la mano, qued\u00f3 claro c\u00f3mo exactamente esta prote\u00edna logra ensamblarse en un fractal: normalmente, cuando las prote\u00ednas se autoensamblan, el patr\u00f3n es altamente sim\u00e9trico: cada cadena de prote\u00edna individual adopta la misma disposici\u00f3n en relaci\u00f3n con sus vecinas. Estas interacciones sim\u00e9tricas siempre conducen a patrones que se suavizan a gran escala.<\/p>\n\n\n\n

La clave de la prote\u00edna fractal fue que su ensamblaje violaba esta regla de simetr\u00eda. Diferentes cadenas de prote\u00ednas realizaron interacciones ligeramente diferentes en diferentes posiciones del fractal. Esta fue la base para formar el tri\u00e1ngulo de Sierpi\u0144ski, con sus grandes vac\u00edos internos, en lugar de una red regular de mol\u00e9culas.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfEste extra\u00f1o montaje hace algo \u00fatil? “La evoluci\u00f3n utiliza a menudo el autoensamblaje para regular las enzimas, pero en este caso a la cianobacteria en la que se encuentra esta enzima no parece importarle mucho si su citrato sintasa puede o no ensamblarse en un fractal”, dice el bi\u00f3logo evolutivo Georg Hochberg, uno de los autores principales del estudio.<\/p>\n\n\n\n

Cuando el equipo manipul\u00f3 gen\u00e9ticamente la bacteria para evitar que su citrato sintasa se ensamblara en los tri\u00e1ngulos fractales, las c\u00e9lulas crecieron igual de bien en una variedad de condiciones. “Esto nos llev\u00f3 a preguntarnos si esto podr\u00eda ser simplemente un accidente inofensivo de la evoluci\u00f3n. Tales accidentes pueden ocurrir cuando la estructura en cuesti\u00f3n no es demasiado dif\u00edcil de construir”.<\/p>\n\n\n\n

Reproduciendo la evoluci\u00f3n en el laboratorio.
<\/strong>Para probar su teor\u00eda, el equipo recre\u00f3 el desarrollo evolutivo de la disposici\u00f3n fractal en el laboratorio. Para ello, utilizaron un m\u00e9todo estad\u00edstico para calcular la secuencia de prote\u00ednas de la prote\u00edna fractal tal como era hace millones de a\u00f1os. Al producir bioqu\u00edmicamente estas antiguas prote\u00ednas, pudieron demostrar que la disposici\u00f3n surgi\u00f3 repentinamente a trav\u00e9s de un n\u00famero muy peque\u00f1o de mutaciones y luego se perdi\u00f3 de nuevo inmediatamente en varias l\u00edneas de cianobacterias, de modo que solo permaneci\u00f3 intacta en esta \u00fanica especie bacteriana.<\/p>\n\n\n\n

“Aunque nunca podemos estar totalmente seguros de las razones por las que sucedieron cosas en el pasado, este caso en particular tiene todas las trampas de una estructura biol\u00f3gica aparentemente compleja que simplemente apareci\u00f3 sin ninguna buena raz\u00f3n porque simplemente era muy f\u00e1cil de evolucionar”, afirma Hochberg.<\/p>\n\n\n\n

El hecho de que algo de aspecto tan complejo como un fractal molecular pueda surgir tan f\u00e1cilmente en la evoluci\u00f3n sugiere que a\u00fan pueden esconderse m\u00e1s sorpresas y mucha belleza en conjuntos moleculares de muchas biomol\u00e9culas hasta ahora no descubiertas.<\/p>\n\n\n\n

Fuente: Phys.org<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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