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Consejo Nacional para el Entendimiento Público de la Ciencia.

Simuladores moleculares: una alternativa atractiva y económica de enseñar bioquímica y biología molecular


Miguel Angel Méndez Rojas + Departamento de Química y Biología, Universidad de las Américas-Puebla, A.P. 100, Cholula 72820, Puebla, México.;

Entramos al laboratorio de Biología Molecular y el profesor inicia la clase hablándonos acerca de la estructura secundaria de las proteínas. Nos pide imaginar la forma en que la secuencia de aminoácidos, por medio de interacciones débiles (puentes de hidrógeno), se estabiliza en una estructura en forma de alfa-hélice o en forma de hoja beta-plegada. Después de una clase completa durante la cual los modelos en papel o los dibujos en la pizarra buscaron disminuir la confusión en la mente de los estudiantes, el profesor decide dejar para la siguiente clase la continuación de la explicación.

Si tan solo pudiera haber alguna manera más sencilla de poder ayudar a los muchachos a visualizar las estructuras... Es imposible pensar en aprender bioquímica o biología molecular (o quimica inorgánica, óptica, circuitos, zoología o diseño de medicamentos) sin contar con un laboratorio bien equipado para desarrollar las práticas recomendadas para cada curso. Sin embargo, en ocasiones por el número de estudiantes o el costo de los reactivos y/o del equipo a emplear, la tan necesaria experiencia real debe verse olvidada o concentrada a un antididáctico ejemplo único para el grupo. Afortunadamente vivimos en una época avanzada tecnológicamente y contamos con los recursos para solventar las carencias anteriores. Y no me refiero a que podamos contar con el equipo de laboratorio o con los reactivos suficientes o con costosos modelos. Eso es necesario pero no suficiente.

En la UDLAP contamos con los recursos computacionales suficientes para poder instalar e implementar recursos de autoaprendizaje y/o apoyo didáctico a través de la red-UDLA de computadoras o por medio de salas de cómputo especiales que cuenten con la paquetería adecuada para cada carrera en ciencias o ingeniería. No sólo eso: contamos con la herramienta informativa más poderosa de todos los tiempos: INTERNET, la cual nos permite accesar y tener a nuestra disposición bases de datos en todos los países del orbe y paquetería gratuita de avanzados centros de investigación y de las más prestigiadas universidades. Por medio de INTERNET es posible obtener paquetería shareware (gratuita) útil para varios campos. En mi caso me ha sido de gran utilidad este tipo de software y dispongo hasta el momento de la siguiente paqueteria: RASMOL V2.5, KINMAGE 2.0, CHEMWIND y CHEMWEB de SoftShell, MOLECULES 3-D y REVIEW. En particular me interesa hablar un poco sobre RASMOL V2.5, que es una paquetería de visualización molecular desarrollada por Roger Sayle de Glaxo Research and Development Greenford, Middlesex, U.K.



En el curso de mi participación con el Dr. Miguel Angel Jiménez-Montaño sobre biosecuencias de betalactamasas, RASMOL me ha permitido la visualización de características estructurales sumamente interesantes que de otra forma serían imposibles de ilustrar. Mediante su ventana de línea de comandos, permite una interfase amigable para el usuario, que puede modificar así el tamaño de la molécula, cambiar los colores, los tipos de modelo empleado (espacio lleno, esferas y varillas, alambre, listones, etc.), seleccionar regiones o estructuas o incluso átomos, visualizar espacios de Van der Walls, rotar la molécula, etc. En la siguiente figura se muestra lo que puede conseguirse con RASMOL en un ejemplo real: la visualización de puentes de hidrógeno entre estructuras alfa-hélice de la betalactamasa clase A, PC1.



La estructura se representó en forma de hojas beta-plegadas (en blanco), mientras que las alfa-hélices tiene coloración roja. Se muestran resaltados los aminoácidos de tipo lisina (lys) en verde, rodeados de superficies de Van der Waalls de 250 puntos de densidad, en verde también. Los puentes de hidrógeno se esquematizan como líneas amarillas punteadas y puede apreciarse un puente de hidrógeno entre lisinas, quizá parte incompleta de un cierre de lisinas. La molécula se obtuvo del banco de datos de Brookhaven, Alemania (E.C.3.5.2.6., betalactamasa PC1, de Herzberg et al 1987) por medio de las páginas de ENTREZ de la National Institute of Health (NIH) de Estados Unidos, en INTERNET (al respecto recomiendo leer el artículo "Mutaciones Puntuales en Genes de Beta-lactamasas" del número 2 de ALEPHZERO). El tratamiento de la imagen se consiguió por la ventana de comandos empleando las opciones DOTS, STRANDS, SELECT, HELIX, COLORS Y HBONDS.

De la misma manera, empleando las referencias de Herzberg (Science, 1987), visualizamos la región del sitio activo de la betalactamasa, la cual presenta serina en la posición 70 (ser70), lo que la convierte en una enzima de tipo similar a las proteasas. Cabe señalar la conservación de la serina durante la evolución de las betalactamasas, lo que es visible en los alinemientos de 18 secuencias de betalactamasas (Couture et al, 1988; Méndez-Rojas et al, 1995), lo que convierte al sitio activo en una estructura conservativa de gran importancia e interés. La visualización obtenida fue la siguiente:



Nuevamente, los parámetros usados para la gráfica fueron DOTS, SELECT y expresiones lógicas de exclusión (NOT, AND), WIREFRAME y COLORS. La betalactamasa fue la PC1 también del banco de Brookhaven.

En conclusión, podemos observar la gran utilidad que pueden brindar los simuladores moleculares en la enseñanza de la biología molecular y de la bioquímica. Los campos de acción se ven multiplicados cuando adicionamos a estos simuladores los editores de moléculas que nos permitirán ilustrar ante la clase la molécula que deseemos con todos sus elementos de geometría e incluso simulando movimientos de sus enlaces (REVIEW).

Más software educativo, referente a simuladores de espectroscopia RMN, EPR, masas, etc, están disponibles en distintas instituciones. El mejor llamado que podemos hacer a la gente es a emplear el material disponible o, en su defecto y como un excelente reto para la clase, a diseñar nuevas herramientas. El grupo de investigación del Dr. Jiménez Montaño se ha preocupado en la elaboración de herramientas computacionales auxiliares para el proyecto de análisis de biosecuencias, auxiliado por Miguel Angel Hernández, Enrique Amavizca, Katja Rateiskyia, Angel Hernández y un servidor.

Fuentes.
Cómo citar este artículo ISO690.
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Divulgadores. Miguel Angel Méndez Rojas + Departamento de Química y Biología, Universidad de las Américas-Puebla, A.P. 100, Cholula 72820, Puebla, México.;.

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