ArtículoDe los átomos a los fenotipos: Principios de diseño molecular del metabolismo energético celular

Informamos de un modelo a escala de 100 millones de átomos de todo un orgánulo celular, una vesícula cromatófora fotosintética de una bacteria púrpura, que revela la cascada de pasos de conversión de energía que culminan en la generación de ATP a partir de la luz solar. Las simulaciones de dinámica molecular de esta vesícula dilucidan cómo los complejos integrales de la membrana influyen en la curvatura local para afinar la fotoexcitación de los pigmentos. La dinámica browniana de pequeñas moléculas en el interior del cromatóforo sondea los mecanismos de transporte direccional de cargas en diversas condiciones de pH y salinidad. Al reproducir las propiedades fenotípicas a partir de detalles atomísticos, un modelo cinético demuestra que las adaptaciones a la luz baja de la bacteria surgen como resultado espontáneo de la optimización del equilibrio entre la integridad estructural del cromatóforo y la conversión de energía robusta. Se establecen paralelismos con la maquinaria bioenergética mitocondrial más universal, de la que se infieren conocimientos a escala molecular sobre el mecanismo del envejecimiento celular. En conjunto, nuestro método integrador y los experimentos espectroscópicos allanan el camino hacia el modelado de primeros principios de células vivas enteras.