El molibdeno comprende el segundo porcentaje más pequeño de masa en un cuerpo humano normal, pero esa baja cantidad cumple una función vital en varias enzimas clave. El elemento químico molibdeno, se clasifica como un metal refractario (es decir, capaz de mantener su forma cuando se calienta), teniendo similitudes con el plomo. Solo se declaró un elemento químico en 1790 con la abreviatura Mo. Debido a su punto de fusión muy alto, es apreciado en la industria por su capacidad para endurecer el acero y la armadura. La abundancia de molibdeno en la corteza terrestre se estima en 1.2 ppm, extraída principalmente en China, Estados Unidos y Chile (molybdenum.com).

Un elemento esencial

¿Por qué la biología blanda y esponjosa necesitaría una sustancia tan dura? La respuesta es que sin ella, la vida no sería posible. Comienza un artículo de 2009 en Bioquímica:

La escasez de molibdeno en la corteza terrestre desmiente su importancia para el metabolismo de los organismos vivos y para los ciclos biogeoquímicos globales de los principales elementos como el nitrógeno, el azufre y el carbono. Por el contrario, muchos elementos que están presentes en cantidades considerablemente mayores no tienen una función biológica aparente (por ejemplo, Al, Ti o Zr). A pesar de su baja abundancia, Mo ocupa el lugar 53 en la corteza terrestre, el molibdeno está más disponible para los procesos biológicos que muchos otros metales, que se encuentran en formas químicas difíciles de asimilar. [Énfasis añadido.]

El molibdeno es un elemento clave en las enzimas nitrogenasas en las bacterias que «fijan» el nitrógeno al dividir las moléculas de nitrógeno molecular resistentes de triple enlace en la atmósfera, de modo que los iones de nitrógeno individuales pueden combinarse con otras moléculas como el amoníaco y ser absorbidas por las plantas. Sin él, no tendríamos ciclo de nitrógeno, ciclo de carbono, ciclo de azufre ni plantas. También los humanos, junto con todas las plantas y animales, necesitamos pequeñas cantidades de este elemento esencial para las funciones metabólicas. El artículo analizado a continuación comienza:

La naturaleza utiliza la unión / hidrólisis de ATP y la posterior liberación de ADP / fosfato para impulsar múltiples procesos bioquímicos, incluidos los del metabolismo energético, el transporte activo, la replicación y el mantenimiento del ADN, la traducción de información genética, la motilidad y el (des) plegamiento de proteínas.

«Santo elemento»

Por lo general, obtenemos cantidades suficientes de molibdeno en nuestra dieta. Pero, ¿cómo llega este «elemento sagrado» de nuestro alimento a las enzimas que lo necesitan? Prepárese para una fascinante historia real sobre máquinas moleculares con francotiradores armados.

Como con cualquier metal en la célula, el molibdeno debe manejarse con cuidado. Los bioquímicos han conocido una «jaula» de proteínas para almacenar molibdeno, conocido como el sistema MoSto, donde los cristales de molibdato se almacenan para su uso posterior. Asumieron que los aminoácidos simplemente se hacen a un lado para que los cristales entren en la jaula. Un nuevo artículo en PNAS revela un proceso mucho más dinámico. Los cristales de molibdeno son literalmente disparados a la jaula por una especie de arma perforadora. Un equipo del Instituto de Biofísica Max Planck dirigido por Steffen Brünle describe «El molibdato bombea a la proteína de almacenamiento de molibdeno a través de un mecanismo de perforación impulsado por ATP«. Esta máquina requiere potencia de ATP para luchar contra el gradiente de concentración:

Este estudio sobre la proteína de almacenamiento de molibdeno similar a una jaula (MoSto) proporciona una visión detallada de cómo la naturaleza realiza la biomineralización del molibdeno. Nuestros datos respaldan la aparición de reacciones de molibdato quinasa y pirofosfatasa en MoSto para bombear molibdato en la jaula proteica interna bloqueada contra un gradiente de molibdato. La alta concentración de molibdato en la jaula provoca un proceso de autoensamblaje asistido por proteínas de molibdato a grupos de polioxomolibdato por los cuales se depositan aproximadamente 130 molibdenos de manera compacta. Creemos que este bombeo de molibdato expande el repertorio mecanicista conocido de los procesos impulsados ​​por ATP, ya que la energía química de la hidrólisis del anhídrido fosfórico-molibdeno intermedio se transportaría al molibdato para penetrar la pared de la jaula y no a la proteína para abrir los poros a través de cambios conformacionales.

Energía necesaria

La jaula MoSto tiene seis dominios, tres dominios alfa y tres dominios beta que encajan perfectamente. Para que el molibdeno ingrese, tiene que moverse rápido para romper la barrera. Esto requiere energía.

La conversión directa postulada de energía química en energía cinética a través de una molibdato quinasa activadora y una reacción de pirofosfatasa exotérmica para superar una barrera proteica representa una novedad en la bioquímica alimentada por ATP, porque normalmente, la hidrólisis de ATP inicia cambios conformacionales a gran escala para conducir un proceso distante .

Listo, Apunta, Fuego!

La máquina es como una pistola con balas perforantes:

Este modo de acción tiene analogías sorprendentes con el disparo de un arma. Se coloca un cartucho (molibdato) en una caja (ranura de unión a ATP) y se bloquea (fijación del brazo del terminal αN). La reacción se inicia empujando el perno (ATP) hacia el cartucho, y la reacción química resultante (formación de anhídrido fosfórico-molibdeno) induce una explosión (hidrólisis de anhídrido) y una aceleración de la bala (molibdato) a través del barril, por ejemplo, penetrando un objeto (pared de la jaula). Este mecanismo similar a un disparo requiere una cámara de reacción bloqueada para garantizar el movimiento direccional del molibdato a través de la pared de la jaula y así evitar la disipación de la energía liberada en calor. Por la misma razón, la distancia entre la fuente de energía y el evento que consume energía debe ser corta (Fig. 6A), en contraste con la separación que se encuentra en muchas otras proteínas de escisión de ATP.

¿Suena irreductiblemente complejo? Piense por un momento qué podría pasar si alguna de estas partes (el cañón, la caja, el perno y la bala) faltaran o no estuvieran ajustados. ¡Entropía!

Tienes que admirar los ingeniosos mecanismos de las máquinas moleculares. Este ofrece un gran espectáculo. «Cambió completamente nuestra opinión», dicen los autores. Infortunadamente, no podían ver más allá de sus lentes Darwinistas.

En general, MoSto es un ejemplo impresionante de cómo se desarrolla una bomba de molibdato a partir de una enzima que consume ATP que sustenta la dirección postulada de la evolución desde la unión de proteínas a enzimas y finalmente a maquinarias complejas.

Bien ok. Es un país libre. Pueden creer que las armas simplemente evolucionan y disparan mediante procesos sin objetivo si lo desean.

Artículo originalmente publicado en inglés por Evolution News

Imagen: Molybdenum, by Alchemist-hp (talk) (www.pse-mendelejew.de) [FAL or GFDL 1.2], via Wikimedia Commons.