Alta densidad: la madre de todos los atascos.

Mañana, como todas las mañanas, o casi todas las mañanas, cogerás tu coche, tu moto, tu bicicleta o tus pies y el metro o el autobús, y te irás a tu  quehacer diario. Y que te encontraras, al ir o al volver?, seguro que sí, un atasco, una aglomeración, un embotellamiento, o en su defecto, una elevada densidad de población y cosas que querrán pasar por el mismo sitio que tú. En fin, como dicen en mi pueblo: "¡un pifostio de la virgen!".

Consolaos, las proteínas que habitan vuestras células están mucho peor, que digo peor, nosotros vivimos como reyes.

¿Alguno de vosotros se ha preguntado alguna vez como es en realidad una célula por dentro?, no sobre la formita o si tiene sentimientos, quiero decir, a nivel molecular.



Dejémonos de esquemitas, dibujitos y sandeces simplificadoras como ésta o ésta otra, preciosa por cierto:

 Y "entremos a cuchillo" con los datos:

Vamos a hablar de las intimidades moleculares  del citoplasma de nuestra amiga E. coli. Ya sabéis, a aquellos que estudiamos la química de la vida, nos mola destripar billones de ellas para entender que demonios pasa por ahí dentro, a nivel subcelular... 
Bueno, al lío:
Cantidad de proteína en peso seco (después de retirar el agua) por célula: 55%. de lo que aproximadamente el 25% es soluble (esto es, que no estaba unida a membranas, y no era parte de Ribosomas, unos complejos enormes echos de proteínas y ARN).
Sigamos; una proteína tipo, en la media, tiene una masa molecular de 40kDa (que a peso de caviar son 6.6421608x10(-20) gramos, vamos, una mierdecilla). Una célula más seca que una mojama pesa 2,8x10(-11) gramos, de esto el 25% es proteína que en su día estaba en el citoplasma "flotando". Así que por la cuenta la vieja, dentro de la celulita hay del orden de 1.000.000 proteínas solubles, Sí, un millón de proteínas sueltas, que se quedan en cerca de una cuarta parte: 250.000 tras aplicar algunas correcciones, por que no todas las proteínas son monoméricas y muchas forman macro-complejos de diversa estabilidad con otras estructuras grandes ancladas a las membranas.
Sigamos un poco mas; En el volumen de una sola célula de E. coli ajustan 600 cubos de 100nm de lado (en la imagen A, una vista lateral). Y en cada uno de esos cubos, cabrían, teniendo en cuenta todo lo anterior:
30 ribosomas, 430 proteínas diversas, 6 polimerasas de ARN, casi 400 moléculas de diversos tipos de ARN. Y ademas otras 80.000 moléculas pequeñas  (imagen B) como iones, cofactores enzimáticos...etc...SIN contar el agua que en las células vivas ocupa un volumen de entre 50-70. 

Representación a escala del "pifostio" citoplásmico dentro de una E. coli. Arriba a la derecha esquema de E. coli para situar las imágenes A  y B. Goodsell DS. Inside a living cell. Trends Biochem Sci. 1991 Jun;16(6):203-6.

 Representación a escala, con colorines, del "pifostio" citoplásmico dentro de una E. coli. (del mismo señor)

Para entendernos mejor pongamos esto a nuestra escala:
 
Vosotros (170 cm de persona aprox.) sois una proteína típica de al rededor de 6 nm, por tanto el cubo de 100nm tendría casi 30m de lado... esperad, mejor aún, imaginaos el volumen de vuestra casa de dos plantas 10x10x10, si es que la tenéis, que será una tercera parte de un cubo de 30m cúbicos. Pues, ala!! metedle a vuestra casa: 100 personas adultas, 10 coches grandes con carro y una camioneta, un equipo de baloncesto de la NBA con animadoras y todo, un par de luchadores de sumo, un centenar de niños de entre 0 y 5 años y 20.000 botellines de cerveza. El ser humano solo conoce dos lugares a tan altas densidades: la plaza del ayuntamiento de Valencia en día de Mascletá y el metro en Fallas. Y sin embargo, donde nosotros casi morimos por aplastamiento (no digamos ya moverse), las moléculas que nos componen se las arreglan a las mil maravillas para mantener los quehaceres diarios de la vida.
 



Nota al margen:

Que el agua ocupe del 50 al 70% del volumen de una célula no es incongruente con la aglomeración molecular. Las macromoléculas biológicas como proteínas, ARNs, lípidos de membrana, etc, no son como bloques de cemento, son muy huecas, casi como tu colchón o una esponja, y estos huecos se rellenan con agua, que forma parte primordial de la estructura de la macromolécula.

Estructura determinada por criastalografía de Rayos X de la intercalación entre una proteína (roja-naranja) y ADN (morado), moléculas de agua como esferas, en azul aquellas que son importantes en la interacción entre esta proteína y este DNA.

Bibliograía:

* Goodsell DS. Inside a living cell. Trends Biochem Sci. 1991

*http://mgl.scripps.edu/people/goodsell/illustration/cell
*Yaakov Levy and José N. Onuchic. Water and proteins: A love–hate relationship PNAS 2004