El guepardo, el animal terrestre más rápido, se desplaza en un segundo una longitud igual a 25 veces la de su cuerpo.

Algunas bacterias alcanzan una velocidad de 50-60 longitudes corporales por segundo, nadando en un medio más pastoso que el alquitrán. ¿Cómo pueden conseguirlo?

Las fuerzas viscosas que un objeto experimenta dependen de la relación entre su tamaño y el de las partículas que componen el medio en que se mueve. Por eso, para un microbio, el agua es muy viscosa. Los mecanismos propulsores de las células deben ser por tanto extremadamente potentes. Además, deben ser eficientes energéticamente, porque si no, los organismos se agotarían enseguida: deben transformar casi toda la energía que reciben en movimiento (nuestros coches están muy lejos de conseguir eso).

Las células logran estas proezas usando unas estructuras muy delgadas en comparación con su tamaño (como si nosotros pretendiéramos impulsar una barca con varillas flexibles). La mecánica celular es muy diferente a la que rige en nuestro rango de tamaños, y debe servir de inspiración a los diseñadores de nanomáquinas.

Las células se mueven por medio de tres mecanismos: ondulación de los cilios y flagelos (en muchos eucariotas), reptación o movimiento ameboide (también en eucariotas), y rotación a gran velocidad de unas hélices peculiares (bacterias). Quizá el movimiento ameboide parezca el más complejo (la célula se desplaza cambiando incesantemente su forma), aunque el modelo bacteriano implica una innovación muy sutil, una absoluta rareza en la biología (aunque no en el mundo de los ingenieros): es el equivalente a usar una rueda. Los organismos complejos tienen problemas para desarrollar ruedas, ya que esto implica que sus ejes deben estar separados del resto del cuerpo y los organismos suelen caracterizarse por su continuidad espacial. En las bacterias, por su pequeño tamaño, esto no parece haber sido un gran inconveniente.

El flagelo bacteriano es una maravilla técnica, compuesta por múltiples piezas que deben encajar con precisión (más de 40 genes participan en su construcción y funcionamiento). Lo que impulsa a la célula es un largo filamento semirrígido helicoidal, formado por muchas unidades de una proteína, la flagelina. El filamento se une a la superficie celular por medio de una estructura proteica, el gancho, que es curvo en las bacterias que presentan un solo flagelo y recto en las que tienen muchos. Se cree que en este último grupo, esta forma facilita el trenzado de los flagelos entre sí para detener a la célula. Varios anillos fijos de proteínas anclan el flagelo a la pared y la membrana celulares, mientras que una varilla interna que sale del gancho los atraviesa y llega hasta la mitad de la membrana citoplásmica, en la que está inmerso el anillo más interno. Los anillos actúan como estatores del motor giratorio y la varilla como el rotor. Ésta gira gracias a la acción de un par de proteínas, llamadas Mot, situadas alrededor del anillo interno. El modo en que se produce el movimiento no se conoce bien, pero se sabe que la fuente de energía que lo impulsa es el paso de protones (iones de hidrógeno) de un lado a otro de la membrana citoplásmica, a través del complejo Mot. Hace falta que atraviesen la membrana unos 1.000 protones para una sola vuelta. Otras proteínas, las Fli, actúan invirtiendo el sentido de la rotación en respuesta a señales intracelulares. La velocidad de rotación depende de la intensidad de la corriente de protones. Las bacterias con muchos flagelos alrededor de toda la célula se mueven lentamente y en línea recta, mientras que las que poseen flagelos en posición polar se mueven rápida y bruscamente, cambiando de golpe de dirección.

Algunas células se desplazan reptando por un sustrato sólido. Este movimiento se debe a una vertiginosa reorganización de las estructuras que dan soporte y forma a la célula, los filamentos del citoesqueleto. Este modo de locomoción es muy característico de algunos protozoos, como las amebas, y de algunas células del sistema inmunitario, como los macrófagos, que se cuelan entre los intersticios de los tejidos para perseguir a microorganismos invasores. Estas células son muy rápidas (pueden moverse a 30 micras por minuto). También se desplazan así las células que van a intervenir en la cicatrización de una herida y las células cancerosas. Todos los tipos de filamentos del citoesqueleto, formados por largas cadenas de unidades proteicas, crecen o se acortan en las direcciones que se requieran en cada momento y lugar. En especial, el movimiento por deslizamiento está producido por los filamentos de las proteínas actina y miosina, que causan también la contracción muscular, por medio del movimiento relativo de unas moléculas respecto a otras.

El modo de movimiento más común entre los eucariotas es la ondulación de cilios y flagelos. Ambas estructuras filamentosas comparten la misma organización interna, pero se diferencian en el tamaño. Los cilios son cortos y suelen aparecer en gran número en la superficie celular. Sirven como herramienta de desplazamiento a algunos organismos unicelulares, como los protozoos ciliados (el famoso paramecio), y también para mover el medio líquido o mucoso que rodea a las células (caso de las células del revestimiento del aparato respiratorio o de las que impulsan al óvulo a través del oviducto). Su movimiento de ondulación suele estar exquisitamente coordinado. Los flagelos son largos y suelen ser escasos o únicos en las células. Muchos microorganismos unicelulares los poseen, y también los gametos masculinos de casi todos los animales y algunos grupos de algas pluricelulares y de plantas. No presentan cilios ni flagelos en ninguna de sus células las algas rojas, los hongos, las plantas con flor y los nematodos (unos gusanos).

Tanto cilios como flagelos están compuestos por microtúbulos (largos tubos huecos compuestos por dos proteínas globulares, las tubulinas alfa y beta), en una disposición muy particular, la llamada “9+2″: un anillo externo de nueve pares de microtúbulos que rodea a dos microtúbulos centrales. Cilios y flagelos se originan a partir de los cuerpos basales, que constan de 9 tripletes de microtúbulos externos y carecen de los centrales. Los microtúbulos se deslizan unos sobre otros por la acción de la proteína dineína. Ésta obtiene la energía necesaria para el proceso de la ruptura de la molécula de ATP, que es el intermediario en la mayoría de las transacciones energéticas de los organismos. Es como una moneda energética, que almacena una cantidad estándar de energía química en los enlaces de sus átomos constituyentes. Esta fuente de energía es suficiente para que cilios y flagelos puedan batir a un ritmo de 500 a 1.000 veces por minuto.

...por Antonio Jiménez