Los calamares, los pulpos y las jibias son maestros indiscutibles del engaño y el camuflaje. Su capacidad extraordinaria para cambiar el color, la textura y la forma no tiene rival, incluso con la tecnología moderna.
Los investigadores en el laboratorio del profesor Daniel Morse de la Universidad de California en Santa Bárbara, Daniel Morse, han estado interesados durante mucho tiempo en las propiedades ópticas de los animales que cambian de color, y están particularmente intrigados por el calamar de bajura opalescente. También conocido como el calamar del mercado de California, estos animales han evolucionadola capacidad de sintonizar fina y continuamente su color y brillo en un grado sin igual en otras criaturas. Esto les permite comunicarse, así como esconderse a simple vista en el océano superior brillante y a menudo sin rasgos distintivos.
En trabajos previos, los investigadores descubrieron que las proteínas especializadas, llamadas reflectinas, controlan las células pigmentarias reflectantes, los iridocitos, que a su vez contribuyen a cambiar la visibilidad y la apariencia general de la criatura. Pero aún quedaba un misterio de cómo funcionaban las reflectinas.
"Queríamos ahora entender cómo funciona esta notable máquina molecular", dijo Morse, un distinguido profesor emérito del Departamento de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo, y autor principal de un artículo que aparece en el Revista de Química Biológica . Entender este mecanismo, dijo, proporcionaría información sobre el control ajustable de las propiedades emergentes, lo que podría abrir la puerta a la próxima generación de materiales sintéticos bioinspirados.
piel que refleja la luz
Al igual que la mayoría de los cefalópodos, calamares costeros opalescentes, practique su hechicería a través de la que puede ser la piel más sofisticada que se encuentre en la naturaleza. Los músculos diminutos manipulan la textura de la piel mientras que los pigmentos y las células iridiscentes afectan su apariencia. Un grupo de células controla su color.expandiendo y contrayendo células en su piel que contienen sacos de pigmento.
Detrás de estas células pigmentarias hay una capa de células iridiscentes, esos iridocitos, que reflejan la luz y contribuyen al color de los animales en todo el espectro visible. Los calamares también tienen leucóforos, que controlan la reflectancia de la luz blanca. Juntos,Estas capas de células que contienen pigmento y que reflejan la luz les dan a los calamares la capacidad de controlar el brillo, el color y el tono de su piel sobre una paleta notablemente amplia.
A diferencia del color de los pigmentos, los tonos altamente dinámicos del calamar de bajura opalescente resultan del cambio de la estructura del iridocito en sí. La luz rebota entre las características de tamaño nanométrico aproximadamente del mismo tamaño que las longitudes de onda en la parte visible del espectro, produciendo colores.estas estructuras cambian sus dimensiones, los colores cambian. Las proteínas Reflectina están detrás de la capacidad de estas características para cambiar de forma, y la tarea de los investigadores fue descubrir cómo hacen el trabajo.
Gracias a una combinación de ingeniería genética y análisis biofísicos, los científicos encontraron la respuesta, y resultó ser un mecanismo mucho más elegante y poderoso de lo que se había imaginado anteriormente.
"Los resultados fueron muy sorprendentes", dijo el primer autor Robert Levenson, investigador postdoctoral en el laboratorio de Morse. El grupo esperaba encontrar uno o dos puntos en la proteína que controlaba su actividad, dijo. "En cambio, nuestra evidencia mostróque las características de las reflectinas que controlan su detección de señal y el ensamblaje resultante se extienden por toda la cadena de proteínas ".
Un motor osmótico
Los investigadores encontraron que Reflectin, que está contenido en capas de membrana muy compactas en los iridocitos, se parece un poco a una serie de cuentas en una cuerda. Normalmente, los enlaces entre las cuentas están fuertemente cargados positivamente, por lo que se repelen entre sí,enderezar las proteínas como espaguetis crudos.
Morse y su equipo descubrieron que las señales nerviosas a las células reflectantes activan la adición de grupos fosfato a los enlaces. Estos grupos fosfato cargados negativamente neutralizan la repulsión de los enlaces, permitiendo que las proteínas se plieguen. El equipo estaba especialmente emocionado de descubrir queeste plegado expuso nuevas superficies pegajosas en las porciones en forma de perlas de la reflectina, lo que les permite agruparse. Hasta cuatro fosfatos pueden unirse a cada proteína reflectina, proporcionando al calamar un proceso sintonizable con precisión: cuantos más fosfatos se agregan, máslas proteínas se pliegan, exponiendo progresivamente más de las superficies hidrofóbicas emergentes y a medida que crecen los grupos.
A medida que estos grupos crecen, las muchas proteínas pequeñas y pequeñas en solución se convierten en menos grupos grandes de proteínas múltiples. Esto cambia la presión del fluido dentro de las pilas de membranas y expulsa el agua, un tipo de "motor osmótico" que responde aLos cambios más pequeños en la carga generados por las neuronas, a los que se conectan parches de miles de leucóforos e iridocitos. La deshidratación resultante reduce el grosor y el espaciamiento de las pilas de membranas, lo que desplaza progresivamente la longitud de onda de la luz reflejada de rojo a amarillo, luego averde y finalmente azul. La solución más concentrada también tiene un índice de refracción más alto, lo que aumenta el brillo de las células.
"No teníamos idea de que el mecanismo que descubriríamos resultaría tan notablemente complejo pero contenido y tan elegantemente integrado en una molécula multifuncional, la reflectina copolimérica en bloque, con dominios opuestos tan delicadamente equilibrados que actúan comouna máquina metaestable, que detecta y responde continuamente a la señalización neuronal ajustando con precisión la presión osmótica de una nanoestructura intracelular para ajustar con precisión el color y el brillo de su luz reflejada ", dijo Morse.
Además, según los investigadores, todo el proceso es reversible y ciclable, lo que permite al calamar ajustar continuamente las propiedades ópticas que su situación requiere.
Nuevos principios de diseño
Los investigadores habían manipulado con éxito la reflectina en experimentos anteriores, pero este estudio marca la primera demostración del mecanismo subyacente. Ahora podría proporcionar nuevas ideas a los científicos e ingenieros que diseñan materiales con propiedades ajustables ". Nuestros hallazgos revelan un vínculo fundamental entre las propiedadesde materiales biomoleculares producidos en sistemas vivos y los polímeros sintéticos de alta ingeniería que ahora se están desarrollando en las fronteras de la industria y la tecnología ", dijo Morse.
"Debido a que la reflectina funciona para controlar la presión osmótica, puedo imaginar aplicaciones para nuevos medios de almacenamiento y conversión de energía, aplicaciones farmacéuticas e industriales que involucran viscosidad y otras propiedades líquidas, y aplicaciones médicas", agregó.
Morse observó que algunos de los procesos que funcionan en estas proteínas reflectina son compartidos por las proteínas que se ensamblan patológicamente en la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades degenerativas. Planea investigar por qué este mecanismo es reversible, ciclable, inofensivo y útil en elcaso de reflectina, pero irreversible y patológico para otras proteínas. Quizás las diferencias bien estructuradas en sus secuencias pueden explicar la disparidad e incluso señalar nuevos caminos para la prevención y el tratamiento de enfermedades.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Harrison Tasoff y Sonia Fernández. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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