¿Cómo las moléculas en las células parecen “encontrarse” entre sí?

Las moléculas no se “encuentran” entre sí, lo que implica que son capaces de sentir a sus “parejas” a distancia y cambiar sus comportamientos en consecuencia. Lo que realmente está sucediendo es que el movimiento de las moléculas es guiado por un movimiento aleatorio y browniano tanto como sea posible dentro de los estrechos confines de una célula. Desde la perspectiva de una molécula individual, la difusión es extremadamente rápida y le permite muestrear billones (o más, pero esas son algunas palabras muy incómodas de usar) de diferentes posiciones y conformaciones cada segundo. Dentro de una célula, las moléculas rebotan entre sí constantemente.

La gran mayoría de estas colisiones son entre moléculas que no interactúan entre sí. Sin embargo, cuando ocurre una colisión que produce una interacción estable, las moléculas permanecen “pegadas” entre sí debido a miles de pequeñas interacciones electrostáticas aditivas. Debido a que es mucho más probable que dos moléculas compatibles se unan y se peguen entre sí que un complejo de moléculas compatibles se desmoronarán, dado el tiempo suficiente, parece que las moléculas se “encuentran” entre sí, ¡pero en realidad solo es una mecánica estadística en funcionamiento!

Las moléculas se difunden “al azar” en las células, sujetas al movimiento browniano. A medida que se mueven al azar, se topan con otras moléculas. Al igual que con una reacción química en la química, hay suficientes moléculas iguales flotando alrededor que las colisiones son inevitables.

Dicho esto, también hay numerosos mecanismos que unen moléculas que “necesitan” encontrarse entre sí.

Uno de estos mecanismos es que las moléculas grandes como las proteínas (por ejemplo, las enzimas) tienen una firma espacial electrostática que las orienta hacia el objetivo correcto para facilitar el acoplamiento.

Otra es que los complejos de moléculas están dispuestos en las superficies de las membranas, o incrustados en “andamios”, de modo que una molécula podría reaccionar y ser “entregada” a un vecino casi como una línea de ensamblaje.

El video en la respuesta de Jacob Friedman muestra moléculas que se relacionan entre sí de manera realista, pero también muestra mucho espacio vacío. El espacio vacío no existe en las células reales, que están bastante llenas, como observa Jacob. El espacio está ahí simplemente para hacer posible ver la acción molecular.

El mundo molecular es un entorno ocupado, estrecho y ordenado. Las proteínas, los metabolitos, el agua, los iones y otras moléculas bailan una danza cósmica apenas concebible a escala humana.

Dicho esto, hay varios mecanismos por los cuales los componentes celulares se ordenan en ubicaciones subcelulares específicas. La información fluye del ADN al ARN a la proteína a lo largo del sistema de nucleolo de Golgi, ER. Por compartimentación en vesículas, las células aumentan la concentración de moléculas. Una mayor concentración significa más posibilidades de que dos cosas diferentes se encuentren entre sí. Hay muchas otras formas en que las células disminuyen la entropía localmente en este increíble experimento de autopropagación de cuatro mil millones de años.

Si está preguntando sobre termodinámica, le sugiero que pregunte a un físico sobre el movimiento browniano. Honestamente, se volverá matemático y requerirá que estudies. Mientras tanto, este video es un MODELO increíble de la célula.

Mantén la curiosidad por la biología, mis amigos.

En realidad, las moléculas se encuentran entre sí y no solo por casualidad, como en el movimiento browniano, sino a través de mecanismos como la atracción electrostática a distancia y las fuerzas de Van der Waals en contacto cercano.

Por ejemplo: los enlaces fosfato de la molécula de ATP proporcionan la fuente de energía no solo para encontrar un sustrato apropiado sino también para impulsar una cascada completa de eventos bioquímicos a través de un proceso llamado fosforilación.

En otras palabras, la electronegatividad del átomo de fosfato que se une a 4 átomos de oxígeno es energía almacenada que buscará moléculas electropositivas.

Entonces, para responder a su pregunta, el siguiente video de YouTube es uno de los muchos que dan una idea de cómo las moléculas parecen “encontrarse” entre sí.

Los elementos del citoesqueleto de la célula ayudan a dirigir el flujo de varios moléculas. Por ejemplo, los microtúbulos ayudan al movimiento de las vesículas.

Algunas moléculas tienen secuencias objetivo que las dirigen a una ubicación particular. Por ejemplo, las proteínas se dirigen a ER debido a una secuencia particular (mecanismo de translocación postraduccional)

Y tal vez el movimiento aleatorio de moléculas como los iones, aumente sus posibilidades de interacción entre sí, pero podría no ser el mecanismo predominante de interacción.