Las proteínas transmiten fuerza — Estrategia biológica

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Estrategia biológica

Fuerza de transmisión de proteínas

Vertebrados (mamíferos, peces, aves, reptiles)

Eleanor Banwell

Armar físicamente la estructura

Los sistemas vivos usan materiales físicos para crear estructuras que sirvan como protección, aislamiento y otros propósitos. Estas estructuras pueden ser internas (dentro o adheridas al propio sistema), como membranas celulares, caparazones y pelaje. También pueden ser externos (separados), como nidos, madrigueras, capullos o redes. Debido a que los materiales físicos son limitados y la energía requerida para reunir y crear nuevas estructuras es costosa, los sistemas vivos deben usar ambos de manera conservadora. Por lo tanto, optimizan el tamaño, el peso y la densidad de las estructuras. Por ejemplo, las aves tejedoras utilizan dos tipos de vegetación para crear sus nidos: fuerte, unas pocas fibras rígidas y numerosas fibras delgadas. Combinados, forman un nido fuerte pero flexible. Un ejemplo de una estructura interna es el hueso de un pájaro. El hueso se compone de una matriz mineral ensamblada para crear fuertes soportes cruzados y una superficie exterior tubular llena de aire para minimizar el peso.

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Administrar corte

El efecto del esfuerzo cortante en un sistema vivo es el deslizamiento de superficies internas paralelas entre sí. El deslizamiento ocurre en paralelo con la fuerza. Piense en sostener dos tablas de madera una encima de la otra y deslizar una hacia la derecha y la otra hacia la izquierda. Esto puede ser fácil hasta que agregue pegamento, lo que aumenta su resistencia al corte y los hace más difíciles o imposibles de deslizar. El cizallamiento puede ocurrir en sólidos, líquidos y gases. Los sistemas vivos deben aumentar su resistencia al corte para superar este tipo de fuerzas. Por ejemplo, los escarabajos oscuros juntan sus alas en vuelo para evitar el movimiento lateral usando muchos pelos pequeños en cada ala. Estos pelos se entrelazan para proporcionar resistencia al corte, del mismo modo que sería difícil deslizar dos cepillos de pelo juntos.

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Manejar la tensión

Cuando un sistema vivo está bajo tensión, significa que hay una fuerza tirando de él, como una persona tirando de una cuerda atada a un caballo. Cuando se aplica a un sistema vivo, a menos que el sistema sea completamente rígido, el resultado es que se estira. Si el estiramiento excede la resistencia del material del sistema vivo, puede dañarlo. Los sistemas vivos manejan la tensión utilizando materiales que son lo suficientemente flexibles y elásticos para sobrevivir a la mayoría de las tensiones que ocurren en su entorno. La zona intermareal del océano ofrece un buen ejemplo. Las olas y las mareas entrantes y salientes ejercen tensión sobre los organismos de cuerpo blando. Los mejillones resisten la tensión con hilos flexibles que los sujetan a las rocas; en contraste, las algas grandes tienen frondas elásticas.

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Adjuntar permanentemente

Un sistema vivo puede conservar energía uniéndose permanentemente a un sitio en particular porque puede aprovechar los recursos que se le presenten, en lugar de gastar energía para moverse hacia los recursos. Un apego permanente, destinado a durar toda la vida del sistema vivo, crea desafíos especiales. Por ejemplo, los mecanismos físicos, como el ancla que sostiene un alga marina en el fondo del océano, deben ser capaces de resistir las fuerzas que pueden sacarla de su sustrato. Los mecanismos químicos, como el pegamento de un percebe, deben evitar la descomposición tanto física como química, como ser disueltos por el agua.

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Mover dentro/a través de gases

Los sistemas vivos deben moverse a través de gases (que son menos densos que los líquidos y los sólidos) como los de la atmósfera terrestre. El mayor desafío de moverse en gases es que debido a que el sistema vivo es más pesado que el gas, debe vencer la fuerza de la gravedad. Moverse de manera eficiente en este medio liviano presenta desafíos y oportunidades únicos para los sistemas vivos. Como resultado, han desarrollado innumerables soluciones para optimizar la resistencia y aumentar la sustentación para que puedan mantenerse en el aire y aprovechar las corrientes variables. Además, deben vencer la gravedad al pasar de un líquido o sólido al aire. La mosca de las hadas, el insecto más pequeño que se conoce, es una diminuta avispa que debe moverse por el aire. Para la avispa, el aire se siente como un líquido pesado y, para moverse a través de él, usa remos de plumas especiales en lugar de alas.

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Vertebrados (mamíferos, peces, aves, reptiles)

Subphylum Vertebrata ("articulado"): Mamíferos, peces, aves, reptiles

Los vertebrados son un subgrupo de cordados, que tienen una estructura flexible en forma de varilla que sostiene el cuerpo llamada notocorda. Los cordados no vertebrados incluyen tunicados, mixinos y lancetas. En los vertebrados, la notocorda finalmente se convierte en parte de la columna vertebral, generalmente encerrada en articulaciones óseas. Todos los cordados también tienen un cordón nervioso dorsal hueco que forma el sistema nervioso y hendiduras faríngeas que se abren fuera del cuerpo durante el desarrollo (y persisten para formar branquias en los animales acuáticos). Por último, los cordados tienen una cola en la parte posterior del cuerpo; es solo que a veces necesitas una radiografía para verla.

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Las proteínas musculares en los vertebrados aseguran una transmisión de fuerza eficiente porque ocurren a lo largo de las fibras musculares

Los músculos son la forma en que nosotros, y casi todos los animales, nos movemos. Como los animales no pueden obtener energía del sol, el movimiento es crucial para encontrar comida, así como para reproducirse: sin músculos, no podemos sobrevivir.

Los músculos son tejidos complejos. Las células musculares están repletas de diminutos cilindros de proteínas contráctiles especializadas. Estos cilindros, llamados sarcómeros, están dispuestos de extremo a extremo en miofibrillas. Las células musculares, o miofibras, contienen muchas miofibrillas. Dentro de un solo músculo, hay múltiples niveles jerárquicos de agrupación: las miofibrillas se agrupan en miofibras, luego varias miofibras se agrupan en fascículos y luego varios fascículos se agrupan para formar músculos completos. En cada nivel jerárquico, cada paquete está cubierto con una capa de tejido conectivo que sostiene las fibras en su interior al suministrar energía y oxígeno a través de los vasos sanguíneos y el control a través de los nervios.

La contracción muscular se produce a nivel de los sarcómeros individuales. Aunque cada cilindro diminuto solo se contrae en una cantidad minúscula, una vez que la contracción se repite a lo largo de toda la miofibrilla y en cada fibrilla, miofibra y fascículo al mismo tiempo, los músculos pueden contraerse en grandes cantidades y generar movimientos relativamente grandes.

Para transmitir grandes movimientos al esqueleto, los músculos deben estar unidos a los huesos. En los vertebrados, esta unión se realiza a través de los tendones. Los músculos son capaces de generar fuerzas muy grandes. Por ejemplo, en los humanos, el masetero o músculo de la mandíbula es capaz de generar una fuerza de más de 170 libras en los molares. Sorprendentemente, esta fuerza se transmite completamente a través de un gran número de enlaces no covalentes débiles entre proteínas que conectan los sarcómeros dentro de las células musculares con el tejido conectivo exterior.

Hay una gran cantidad de proteínas que son cruciales para la transmisión de fuerza en los músculos. Dos de las más importantes son las lamininas, que se encuentran en el tejido conectivo que recubre cada haz jerárquico, y las integrinas, que son proteínas que atraviesan la membrana y que se conectan indirectamente a los sarcómeros mismos y transmiten la fuerza a través de la membrana celular a las lamininas del exterior. Estas proteínas se encuentran a lo largo de todas las fibras musculares, así como en la unión entre el músculo y el tendón (la unión miotendinosa). La distribución de estas proteínas transmisoras de fuerza a lo largo de las miofibras asegura que, cuando los sarcómeros se contraen, la fuerza se distribuye uniformemente. De esta manera, la fuerza en la unión miotendinosa se transfiere de manera extremadamente eficiente.