II. �C�MO DICES?

Qued�me y olvid�me, El rostro inclin� sobre el amado, Ces� todo, y dej�me, dejando mi cuidado entre las azucenas olvidado.

SAN JUAN DE LA CRUZ.

HAY MUCHAS maneras de entendernos. Naturalmente, cuando pensamos en qu� piensa, siente o imagina otra persona, lo primero que nos viene a la mente es el lenguaje. Si quiero saber c�mo est� alguien a quien conozco o quiero conocer, o acercarme a alguien que me interesa, me aproximo a �l o ella y le hablo. Pero si reflexionamos un poco, inmediatamente reconocemos que de ninguna manera es el lenguaje la �nica manera de comunicarnos con otra persona ni de saber algo de ella. La fotograf�a de la ni�a sonriente, de la cultura totonaca del Golfo de M�xico ( Figura 7.), es un excelente ejemplo de c�mo podemos comunicarnos sin hablar. La sonrisa es, en efecto, uno de los medios m�s eficaces para lograrlo, tanto que casi inconscientemente (y a veces muy conscientemente) la usamos con mucha frecuencia. Cuando lo hacemos, si hay reciprocidad y obtenemos otra sonrisa como respuesta, sabemos que algo existe entre la persona que nos respondi� y nosotros, as� sea ese algo meramente moment�neo. Pero muchas veces ni siquiera es necesaria una sonrisa ni un gesto: basta una mirada en que dos pares de ojos se encuentran por un segundo para que ambos sepan que hay algo en com�n entre los poseedores de los ojos que se miraron. Ciertamente, si entre las personas existen ciertas afinidades o cosas en com�n, esto se dar� no s�lo moment�neamente sino de manera continua, y mientras m�s cerca estemos de alguien, m�s ser�n los mecanismos de comunicaci�n no verbales que constantemente se pongan en juego para "hablarse". No es raro, inclusive, entre parejas que se han identificado y convivido durante cierto tiempo, que se lleguen a "adivinar" los pensamientos, lo cual no es sino una manifestaci�n de la profunda identificaci�n y el claro conocimiento mutuo, lo cual permite conocer el significado de peque�os signos como miradas, movimientos, gestos, sonrisas, exclamaciones o actitudes corporales.

Figura 7. Ni�a Sonriente. Escultura totonaca del Golfo de M�xico.

Existen, pues, muchas maneras de saber qu� dice otra persona. No olvidemos, sin embargo, que cada una de esas maneras, como cualquier otra manifestaci�n del modo de ser o de pensar, implica necesariamente el funcionamiento del cerebro, y que �ste a su vez requiere de la continua actividad de las neuronas y de la constante comunicaci�n entre ellas.

Recordemos ahora que las neuronas, como cualquier c�lula viviente, est�n constituidas por �tomos organizados en mol�culas, y que las mol�culas tienen tambi�n una peculiar organizaci�n, muy precisa, de la cual depende que la c�lula pueda vivir llevando a cabo todas las funciones. Con esta idea en mente, no debe extra�arnos que los mecanismos de comunicaci�n entre las neuronas sean moleculares, es decir, realizados mediante ciertas mol�culas espec�ficamente organizadas para permitir y facilitar dicha comunicaci�n interneuronal. Por esta raz�n, en este cap�tulo revisaremos los aspectos generales m�s importantes de la comunicaci�n entre mol�culas, empezando por el �tomo mismo, e iremos paulatinamente aumentando el grado de complejidad de tal comunicaci�n intermolecular, para llegar finalmente a la comunicaci�n del cerebro con el resto del organismo, como �rgano maestro que lo coordina, organiza y controla. Empecemos, pues, por el principio.

AFINIDADES Y UNIONES

Pr�cticamente todo lo que existe est� hecho de peque�as partes que se ensamblan entre sí, de tal manera que forman otras unidades m�s grandes, pero al mismo tiempo m�s complejas. �stas a su vez se organizan con otras similares para dar origen a nuevas formas o estructuras, a�n m�s grandes y m�s complejas, y as� progresivamente. Sin embargo, lo que m�s nos interesa para acercarnos poco a poco a los mecanismos de comunicaci�n interneuronal no es que al unirse las unidades se formen estructuras de mayor tama�o, sino de mayor complejidad. Veamos por qu�.

Entre los seres vivos esta uni�n que resulta en una mayor complejidad es una caracter�stica, como veremos, muy interesante. Tambi�n se presenta en el mundo org�nico de los seres no vivientes.

Imaginemos inicialmente al �tomo, cualquier �tomo: est� compuesto por su parte central, el n�cleo, y por una nube de electrones que se mueven en la periferia del n�cleo, siguiendo determinado patr�n que les da su energ�a. Un �tomo es, as�, un conjunto de part�culas de distinta naturaleza; aqu�llas que forman el n�cleo, notablemente los protones que poseen una carga el�ctrica positiva, y los electrones, que son mucho m�s peque�os y que tienen carga el�ctrica negativa. La estructura del �tomo incluye ambos tipos de part�culas, pero �stas en s� mismas distan mucho de ser un �tomo. As� pues, de la atracci�n que existe entre los protones con carga positiva y los electrones con carga negativa (hay el mismo n�mero de protones que de electrones), resulta la estructura del �tomo, ya que las cargas opuestas se atraen. (Figura 8.)

Figura 8. Los dos �tomos m�s sencillos : a la izquierda el de hidr�geno, que tiene un solo prot�n con carga positiva en su n�cleo, y un solo electr�n en su periferia; a la derecha, un �tomo de helio, que posee dos protones en su n�cleo y dos electrones en la periferia. La atracci�n o afinidad entre la carga positiva de los protones y la negativa de los electrones mantiene la estructura de los �tomos.

Es precisamente debido a esta composici�n del �tomo que �ste puede unirse con otros �tomos para formar mol�culas. Un �tomo completo es capaz de ganar un electr�n, por su tendencia a formar pares de ellos hasta completar cierto n�mero, y cuando esto ocurre resulta que ha adquirido una carga negativa, pues le falta un prot�n para compensar la carga negativa adicional. De manera similar, un �tomo puede perder un electr�n y en este caso le sobrar� un prot�n que no tiene una carga negativa compensatoria y por lo tanto ese �tomo tendr� una carga positiva. Cuando esto sucede, puede ocurrir que un �tomo con carga negativa se relacione con otro con carga positiva, de manera que se constituye una mol�cula formada por dos �tomos atra�dos mutuamente por tener cargas contrarias. Las sales, por ejemplo la sal com�n de mesa (el cloruro de sodio), son mol�culas formadas de esta manera; adem�s las mol�culas de este tipo pueden formar cristales regulares precisamente por tener esta propiedad de que sus �tomos est�n cargados y los de carga positiva atraen a los de carga negativa (Figura 9.)

Figura 9. Afinidad por atracci�n de cargas opuestas entre un �tomo de sodio que ha perdido un electr�n (se�alado con el c�rculo de puntos) y por lo tanto qued� con un prot�n cuya carga no est� neutralizada, y uno de cloro que ha ganado un electr�n (se�alado con un c�rculo negro) y por lo tanto qued� con una gran carga negativa no compensada por ning�n prot�n. Esta afinidad por cargas entre el sodio y el cloro hace que se unan para constituir la sal com�n o cloruro de sodio. Cuando la sal se encuentra en estado s�lido forma cristales, cuya estructura se esquematiza en la parte inferior; los �tomos de cloro son las esferas m�s grandes.

Existe otra manera mediante la cual los �tomos se pueden unir entre s� para formar mol�culas. En lugar de que un �tomo pierda y otro gane un electr�n, lo que sucede es que ambos �tomos simult�neamente ceden y reciben un electr�n, con el resultado de que dos electrones son compartidos por los dos �tomos, los cuales quedan as� enlazados. Este es el caso del agua, en que cada uno de sus dos �tomos de hidr�geno comparte un electr�n con el �tomo de ox�geno, form�ndose la mol�cula H₂0, como se ilustra en la Figura 10.

Figura 10. Afinidad por compartici�n de electrones. En la mol�cula de agua (H₂O) , el ox�geno comparte dos de sus electrones de su �ltima �rbita (indicados con un asterisco) con sendos �tomos de hidr�geno, cada uno de los cuales, a su vez, comparte con el de ox�geno su �nico electr�n, se�alado con un c�rculo negro. El resultado de compartir electrones es que el �tomo de ox�geno completa 8 electrones en su �ltima �rbita, y cada uno de los �tomos de hidr�geno completa 2. Como �sta es la forma m�s estable de los �tomos mencionados, se estabiliza la mol�cula de agua en la forma H2O.

MACROMOL�CULAS, AFINIDAD Y ESPECIFICIDAD

Existe en la naturaleza un �tomo muy especial, que s�lo puede unirse a otros mediante el mecanismo de compartir electrones, y adem�s lo puede hacer con cuatro �tomos distintos. Este interesante �tomo es el carbono, el cual, debido a esa propiedad, es un �tomo clave en todas las mol�culas que constituyen a los seres vivos. (Figura 11.) Cuando el carbono se une de cierta forma peculiar con otros �tomos de carbono, de hidr�geno, de ox�geno y de nitr�geno, forma una enorme variedad de mol�culas, tanto peque�as como muy grandes, que son parte estructural y funcional de las c�lulas vivientes. Algunas de estas mol�culas est�n formadas por relativamente pocos �tomos, 12, 20 � 40, mientras que otras son gigantescas, ya que tienen muchos cientos o hasta miles de �tomos.

Figura 11. El �tomo de carbono. Como se muestra en la parte superior izquierda, este �tomo tiene 4 electrones en su �ltima �rbita, por lo que tiende a completar 8 mediante el mecanismo de compartir que se muestra en la figura 10 para el caso del agua. As�, el carbono puede unirse con varios �tomos iguales o bien distintos, de la manera que se�ala en la parte superior derecha (s�lo se indica aqu� la �ltima �rbita y el electr�n que comparten, en negro, los �tomos A, B, C y D). En los esquemas de la parte inferior se observa que las uniones que cada �tomo de carbono establece, se orienta en direcciones distintas, como si el carbono estuviera en el centro de un prisma triangular y los cuatro �tomos con los que se une ocuparan los v�rtices del prisma. Esta propiedad del carbono es muy interesante, pues da lugar a que las mol�culas muy grandes formadas por �l, adquieran formas tridimensionales distintas.

Entre estas mol�culas muy grandes, que reciben el nombre gen�rico de macromol�culas, existen unas que por sus muy especiales propiedades constituyen parte esencial de los mecanismos que mantienen las funciones de las c�lulas vivas. Estas mol�culas son las prote�nas, las cuales poseen una estructura de tal naturaleza, que permite la existencia de un mecanismo de comunicaci�n nunca visto antes de su aparici�n sobre el planeta: la comunicaci�n por medio del reconocimiento de la forma espec�fica de cada mol�cula, de manera que las diferentes prote�nas pueden identificar a otras porque su forma tridimensional en el espacio les permite acomodarse perfectamente una en la otra, en una especie de acoplamiento por similitud, o mejor dicho, por afinidad entre sus estructuras. (Figura 12.) Es decir, una mol�cula de determinada prote�na ser� capaz de reconocer, y de combinarse con ella, s�lo con otra cierta prote�na, porque sus estructuras son afines. De hecho, es interesante que lo que hemos dicho antes respecto a la comunicaci�n entre los �tomos para formar mol�culas encaja perfectamente en esta idea de la comunicaci�n por mecanismos de afinidad. Por ejemplo, la carga opuesta del electr�n con respecto al prot�n, sin duda indica un tipo de afinidad, definido precisamente como esa diferencia de carga que las hace opuestas y al mismo tiempo, atraerse mutuamente. De manera similar, entre los �tomos la atracci�n para complementarse en electrones, representa tambi�n una afinidad, la cual les permite unirse para formar las mol�culas. En el caso especial del �tomo de carbono, la afinidad es tan particular que este �tomo es capaz de compartir cuatro de sus electrones, cada uno de ellos con un �tomo diferente, o bien con �tomos iguales. As� pues, y volviendo a las prote�nas, estas interesant�simas mol�culas iniciaron una forma de reconocimiento entre ellas con caracter�sticas muy peculiares, ya que su forma particular en el espacio, en tres dimensiones y no solamente en dos, les permite reconocerse y asociarse. Esto es lo que est� ejemplificado en la Figura 13, que muestra dos de estas grandes mol�culas en el espacio reconoci�ndose mutuamente.

Figura 12. Estructura tridimensional de una macromol�cula, una prote�na. Cada uno de los peque�os c�rculos en el esquema superior es un conjunto de �tomos, fundamentalmente de carbono, ox�geno, hidr�geno y nitr�geno, que constituyen unidades peque�as. Como se explica en el texto y en la Figura 14, estas unidades tienen "brazos" laterales que se atraen entre s� por sus cargas, como los �tomos de la figura 9, lo cual origina los dobleces y da lugar a la forma particular en el espacio, que se ilustra con m�s claridad en el dibujo inferior. Los n�meros 1 y 129 indican, respectivamente, la primera y la �ltima unidad, para dar mejor idea de la disposici�n tridimensional.

Figura 13. Reconocimiento espec�fico de dos macromol�culas entre s�. La mol�cula A puede asociarse moment�neamente con las mol�culas B y C porque puede establecerse una atracci�n parcial por cargas opuestas en ciertas partes de las mol�culas. Sin embargo, la estructura tridimensional de cada una de ellas no es lo suficientemente "complementaria" como para permitir que tal asociaci�n sea completa y permanente. En cambio, entre las mol�culas A y D, su forma tridimensional les permite reconocerse con gran afinidad, por lo cual permanecen unidas, como se muestra en la parte inferior.

Esta forma novedosa de poder reconocerse y acoplarse significa un gran paso en los mecanismos de afinidad entre las mol�culas, debido fundamentalmente a una poderosa propiedad, que tendr� consecuencias de enorme trascendencia para las funciones celulares y particularmente para la funci�n de comunicaci�n entre las c�lulas nerviosas, como lo analizaremos en el Cap�tulo IV. La propiedad a que nos referimos es la especificidad, que puede definirse como la capacidad de las prote�nas de reconocer y asociarse solamente con determinadas prote�nas. As�, una mol�cula proteica reconocer� espec�ficamente a otra mol�cula proteica, pero s�lo a ella y no a ninguna otra, por m�s cerca que se encuentre. En otras palabras, esta propiedad de la especificidad impedir� que haya errores en el reconocimiento, ya que s�lo aquellas que est�n hechas "una para la otra" se podr�n reconocer y asociarse, dejando de lado todas las dem�s.

Vale la pena detenernos un poco en este punto para analizar a qu� se debe esta especificidad, ya que es una propiedad de extraordinaria importancia en la comunicaci�n biol�gica.

Una primera aproximaci�n ser�a pensar que las prote�nas son tan grandes que su mismo tama�o sirve como lenguaje de comunicaci�n entre ellas: las de tama�o X van a reconocer a las de tama�o X, las de tama�o Y a las de tama�o Y, etc. Sin embargo, sabemos que hay en las c�lulas muchas mol�culas muy grandes que sin embargo son incapaces de reconocer a otras mol�culas similares en tama�o. Es m�s, son incapaces de reconocer a ninguna otra mol�cula, sea del tama�o que fuere. Por ejemplo, las mol�culas del almid�n en las plantas, que tienen su equivalente en los animales, son mucho m�s grandes que muchas prote�nas, y sin embargo no son capaces de reconocer a otras mol�culas. Por otra parte, un reconocimiento por el tama�o no podr�a ser muy espec�fico, pues seguramente habr�a muchas mol�culas diferentes pero de tama�o similar.

Si no es el tama�o, �podr�a ser la carga el�ctrica, como entre los �tomos? claramente podemos ver que dif�cilmente podr�a ser la carga, ya que no podr�a explicarse entonces la especificidad, pues cualquier mol�cula de carga opuesta ser�a reconocida.

FORMAS TRIDIMENSIONALES: INFORMACI�N

�Qu� otra caracter�stica podr�a explicar esa afinidad espec�fica por otra mol�cula? La forma. En efecto, ya hemos dicho que su estructura tridimensional en el espacio es lo que concede a las prote�nas esa capacidad maravillosa de reconocer espec�ficamente s�lo a ciertas otras mol�culas. Pero esto nos lleva a hacernos una pregunta clave: �de qu� depende la forma tridimensional de las prote�nas? La respuesta es muy simple, aunque para explicarla en detalle podr�amos ocupar todo el resto de este libro. Esa respuesta simple es que la forma en el espacio de las prote�nas est� determinada por su composici�n, es decir por las peque�as unidades de que est� compuesta. En efecto, como esbozamos m�s arriba, una prote�na est� hecha de unidades, es decir de mol�culas m�s peque�as, las cuales se unen entre s� para formar cadenas. Sin embargo, la estructura qu�mica de las unidades y el modo como se unen permite que queden hacia los lados de la cadena peque�os brazos formados por cadenitas cortas de �tomos, y estos brazos no son iguales, sino que su tama�o y propiedades dependen a su vez del tipo de unidad peque�a a que pertenecen. Estos brazos son capaces de atraerse entre s� o de repelerse, siguiendo las reglas de atracci�n de cargas o de compartir electrones que ya mencionamos, pero como cada uno de ellos tiene su cabeza unida a la de las otras unidades que componen la prote�na, el resultado es que, como se muestra en la Figura 14, la cadena de unidades que constituye la prote�na se dobla sobre s� misma en varias direcciones. Precisamente es la orientaci�n espacial de todos estos dobleces lo que hace que la prote�na adquiera una forma definida tridimensional en el espacio.

Ahora bien, �qu� pasar�a si la cadena de unidades de una prote�na estuviera formada por unidades iguales entre s�? Es evidente que en esas condiciones la mol�cula no podr�a tener una forma tan definida, pues como todos los brazos laterales de esas unidades ser�an iguales, no tendr�an manera de atraerse o repelerse y, por consiguiente, habr�a muy pocas posibilidades de que la mol�cula se doblara sobre s� misma para que adquiera su peculiar estructura tridimensional. En cambio, si las unidades son diferentes entre s�, se facilitar�a la posibilidad de los dobleces. Y, en efecto, las prote�nas est�n compuestas por 20 unidades diferentes, cada una de las cuales puede repetirse muchas veces a lo largo de la cadena, lo que da muchas posibilidades distintas de brazos que pueden atraerse y por lo tanto de formas que pueden tomarse.

Figura 14. �sta es la misma mol�cula de la Figura 12 pero con su estructura tridimensional simplificada para dejar ver los "brazos" laterales m�s importantes de algunas de las unidades que la componen y, c�mo la uni�n de estos brazos entre s�, causa que la mol�cula se doble varias veces sobre s� misma y de esta manera adquiera su forma particular en tres dimensiones. Las letras en el interior de las unidades indican los nombres de las 20 unidades diferentes que forman prote�nas, aunque evidentemente se repiten much�simas veces casi todas ellas para dar lugar al enorme tama�o de las prote�nas.

Examinemos este punto con m�s detenimiento estudiando la figura: Imaginemos por ejemplo que el brazo A atrae al brazo B. Es claro que, dependiendo de lo cerca o lejos que est�n uno de otro a lo largo de la cadena, el doblez de �sta originar� un asa de distinto tama�o: si A y B est�n muy cerca uno de otro, el asa que se formar� ser� muy peque�a y, si est�n muy lejos ser� muy grande. As�, podemos concluir que, la forma de las prote�nas en el espacio depende del orden en que est�n colocadas las unidades que la componen, de lo que depender� naturalmente la posibilidad de que sus correspondientes brazos interact�en para hacer que la mol�cula se doble. Y de esta conclusi�n extraemos otra que es de capital importancia para entender un poco la funci�n comunicadora de las prote�nas y de otras macromol�culas dentro y fuera de las c�lulas, la cual revisaremos enseguida. Esta conclusi�n es la siguiente: las prote�nas son mol�culas que llevan en su estructura una informaci�n.

�Por qu� decimos que esta conclusi�n es de capital importancia? Porque, adem�s de tener enormes implicaciones para las funciones celulares, si hablamos de informaci�n uno deber�a esperar que las prote�nas sean capaces de transmitir esa informaci�n. Veamos estos aspectos de funci�n-informaci�n con cierto cuidado. �C�mo puede una mol�cula transmitir la informaci�n que contiene en su estructura? La respuesta a esta pregunta es doble. Por un lado, est� la posibilidad de que literalmente se transmita la informaci�n de una prote�na a otra, en el sentido de que se pueda copiar exactamente su composici�n, gener�ndose una nueva mol�cula id�ntica a la prote�na de la cual se copi� la informaci�n. Por otra parte, una segunda manera de transmitir la informaci�n ser�a la de poder "decirle" a la c�lula que realice o no determinada funci�n o lleve a cabo determinado proceso. Si bien en este caso no se trata de una transmisi�n de la informaci�n en el sentido estricto del t�rmino, pues no se est� copiando dicha informaci�n, s� es evidente que se trata de una transmisi�n del contenido de esa informaci�n en cuanto a la funci�n que la c�lula debe realizar en un momento dado.

No podemos aqu� revisar los interesant�simos mecanismos moleculares de la transmisi�n de la informaci�n en el sentido de copiarla en la generaci�n de otras mol�culas, pues esto se sale del tema y de los objetivos del libro que pretende concentrarse en las c�lulas del cerebro. Baste decir que dichos mecanismos involucran a otro tipo de macromol�culas que tambi�n poseen informaci�n en su estructura, llamadas los �cidos nucleicos, y que es gracias a estos mecanismos que, mediante el proceso de reproducci�n, las c�lulas hijas tienen las mismas prote�nas que la c�lula madre y por lo tanto pueden realizar las mismas funciones.

A cambio de no revisar estos aspectos, veremos con alg�n detalle el otro modo que tienen las prote�nas de transmitir informaci�n, mediante el dictado de qu� es lo que la mol�cula debe hacer en un momento dado. Para revisar este aspecto, que si es esencial para el tema que nos ocupa, debemos hacer algunas consideraciones respecto al funcionamiento celular en general y posteriormente tocaremos ciertas funciones celulares específicas que nos interesan m�s en particular, para saber c�mo se comunican las c�lulas nerviosas.

INFORMACI�N MOLECULAR Y REACCIONES QU�MICAS EN LA C�LULA

Toda c�lula viva es un peque��simo laboratorio —peque�o en su tama�o pero extraordinariamente grande y variado en sus capacidades—, en el que se llevan a cabo una multitud de reacciones qu�micas de las que depende de manera absoluta el que la c�lula funcione adecuadamente. Es mediante estas reacciones qu�micas que la c�lula puede obtener energ�a de los alimentos, puede reproducirse y puede llevar a cabo la o las funciones especificas a que est� destinada, como la contracci�n muscular, la secreci�n de l�quidos y sustancias como hormonas, bilis, jugo g�strico o saliva, y el env�o de se�ales hacia otras regiones. Ahora bien, todas estas reacciones qu�micas que deben ocurrir en el seno de la c�lula tienen que llevarse a cabo a una enorme velocidad, pues de otro modo no servir�an para los fines que la c�lula requiere. En efecto, el laboratorio que es cada c�lula es incomparablemente m�s r�pido que cualquiera de los laboratorios qu�micos que el hombre ha construido para sintetizar la multitud de compuestos que utilizamos en nuestra vida diaria, desde las medicinas, hasta los productos pl�sticos y los detergentes que empleamos constantemente.

�C�mo es esto posible? �C�mo es que las c�lulas son capaces de realizar tantas reacciones qu�micas a tan alta velocidad? La respuesta es: las prote�nas.

Aprovechando su incre�ble capacidad para reconocer mol�culas espec�ficamente, las prote�nas pueden actuar sobre dichas mol�culas para acelerar cientos o aun miles de veces la velocidad de sus reacciones de interconversi�n, mediante el proceso que los qu�micos conocen como cat�lisis. (Figura 15.) Adem�s, y esto es extraordinariamente �til para la c�lula, lo hace en forma espec�fica, es decir, cada prote�na que cataliza una reacci�n lo hace s�lo sobre esa reacci�n y ninguna otra, de nuevo haciendo uso de su formidable capacidad de reconocimiento espec�fico de las mol�culas involucradas en la reacci�n. Es por esto que puede decirse, sin temor a exagerar, que cada prote�na realiza esta acci�n de acelerar una reacci�n espec�fica en particular y que, al hacerlo, permite que funcionen los mecanismos vitales para la sobrevivencia y la funci�n celulares, adem�s de que est� haciendo uso de la informaci�n que posee en su forma tridimensional; sin esta propiedad �nica de cada mol�cula proteica, no podr�a ni reconocer a la mol�cula que se debe transformar en otra, ni ser espec�fica para ella, tampoco podr�a acelerar la velocidad de la reacci�n necesaria para que la c�lula funcione normalmente.

El atento lector que haya llegado hasta este punto estar� sin duda pensando que debe existir una cantidad enorme de prote�nas distintas una de otra, si es cierto que hay much�simas reacciones qu�micas y que cada una de ellas es acelerada en forma espec�fica por una prote�na diferente. En efecto, �ste es el caso. Una sola c�lula contiene miles de prote�nas diferentes, y por supuesto el n�mero de mol�culas de cada prote�na es tambi�n muy grande.

Figura 15. Muchas prote�nas, por su particular forma tridimensional, pueden reconocer espec�ficamente a otras mol�culas, tambi�n muy grandes o mucho m�s peque�as, y convertirlas en otras a una enorme velocidad, mediante lo que se llama su actividad catalizadora. En el esquema A, representa al rompimiento de la mol�cula formada por el tri�ngulo y el cuadrado en cada uno de sus componentes, es una reacci�n que ocurrir�a tan lentamente en ausencia de una prote�na catalizadora, que es posible decir que no ocurrir�a. En cambio, B se�ala que ante la presencia de la prote�na catalizadora, la mol�cula es acomodada en un sitio espec�fico y, como resultado, se facilita cientos de veces el proceso del rompimiento, por lo que la reacci�n se acelera esos mismos cientos de veces; adem�s la prote�na queda libre para repetir el proceso.

INFORMACI�N MOLECULAR Y MENSAJES:TRANSMISORES

Pero lo que acabamos de revisar no es el �nico modo que tienen las prote�nas de ejercer su funci�n transmisora de informaci�n (estoy suponiendo que he sido lo suficientemente convincente para que el lector acepte que la acci�n catalizadora de reacciones de las prote�nas es un modo de transmisi�n de la informaci�n contenida en su estructura). Muchas c�lulas utilizan las prote�nas para otras funciones, de una manera que se acerca todav�a m�s a una verdadera transmisi�n de la informaci�n: las secretan, las exportan para que act�en en otro lado, sobre otras mol�culas o sobre otras c�lulas. Un ejemplo muy claro de esta transmisi�n mediante exportaci�n lo tenemos en los procesos digestivos. Cada una de las c�lulas de las gl�ndulas que participan en la digesti�n, desde las salivales que secretan saliva hasta las de la pared del est�mago que hacen el jugo g�strico, secretan prote�nas que van disueltas en su respectivo l�quido. Estas prote�nas son capaces de reconocer ciertas mol�culas que son ingeridas en los alimentos y que deben ser convertidas en otras m�s simples, m�s peque�as, que puedan ser absorbidas desde el intestino y aprovechadas por todas las c�lulas del organismo. As�, es posible afirmar que las c�lulas secretoras de estas prote�nas digestivas transmiten la informaci�n de ellas hacia la boca o hacia el tubo digestivo. Este es un hermoso ejemplo de especificidad de la informaci�n de una prote�na trabajando en otro sitio diferente a la propia c�lula que la produce.

No faltar� quien, a pesar de todo lo que hemos dicho hasta ahora, tenga todav�a dudas de hasta qu� punto realmente las prote�nas, mediante esa extraordinaria capacidad para reconocer mol�culas e interactuar con ellas, pueden transmitir informaci�n en el sentido m�s estricto de enviar mensajes de la c�lula que la produce a otra que la recibe. Pues bien, como veremos enseguida, muchas prote�nas, sin tener una acci�n catalizadora de reacciones qu�micas, se comportan precisamente de este modo, funcionando como mensajeros entre c�lulas. El ejemplo m�s demostrativo es el de las hormonas de naturaleza proteica. Analizaremos ahora con alg�n detalle esta funci�n.

Una hormona es una sustancia que es sintetizada por las c�lulas de las llamadas gl�ndulas endocrinas, pero que no ejerce ninguna acci�n sobre la misma c�lula que la produce, sino que �sta la secreta hac�a la sangre para que sea transportada a otras c�lulas, sobre las que s� actuar�. Seg�n el tipo de la hormona de que se trate ser� la clase de efecto que produzca sobre la c�lula sobre la que act�a. Sin embargo, en todos los casos debe haber, una vez m�s, un reconocimiento de esa c�lula hacia la mol�cula hormonal que le est� llegando a trav�s de la sangre. (Figura 16.) Para que tal reconocimiento ocurra —ya no debe extra�ar al lector—, es necesario que la c�lula que recibe la acci�n de la hormona tenga en su membrana externa, que es lo primero con lo que la hormona se va a encontrar, otra prote�na con la afinidad suficiente para identificar a la hormona. Gracias a esta identificaci�n la c�lula podr� interaccionar espec�ficamente con la hormona y como resultado de esta interacci�n se ejercer�n sus efectos.

Figura 16. El cerebro es tambi�n el controlador de la actividad de las gl�ndulas de secreci�n interna que fabrican las hormonas. El dibujo superior, parecido al de la Figura 6, muestra la cara interna de un hemisferio cerebral y el corte del cuerpo calloso, del tallo cerebral, del hipot�lamo y de la hip�fisis. Estas dos �ltimas estructuras son las encargadas de coordinar y regular la secreci�n de las hormonas, las cuales funcionan como mensajeros qu�micos que van a actuar sobre los distintos tejidos del organismo, como se se�ala en la parte inferior del dibujo. As�, el hipot�lamo regula a la hip�fisis mediante ciertas hormonas que se secretan en un circuito local de circulaci�n sangu�nea y, a su vez, la hip�fisis secreta otras hormonas a la circulaci�n general que van estimular al resto del conjunto de gl�ndulas endocrinas como suprarrenales, tiroides, gl�ndulas sexuales, etc. Finalmente, las hormonas fabricadas y secretadas a la sangre por estas gl�ndulas, act�an sobre los distintos �rganos.

En este punto es necesario hacer notar que por primera vez estamos hablando del reconocimiento de una mol�cula que est� fuera de la c�lula, soluble en el agua (en �ste caso en el agua de la sangre), por otra prote�na que no est� soluble sino que se encuentra embebida en el seno de la membrana de una c�lula. Es importante se�alar, sin embargo, que aunque estas prote�nas est�n embebidas en la membrana, es claro que una porci�n de ellas, particularmente aquella porci�n involucrada en el reconocimiento de la hormona, debe estar expuesta hacia el exterior de la membrana, de modo que pueda "ver" a la mol�cula que se aproxima. (Figura 17.) A estas mol�culas proteicas que se encuentran en la membrana de las c�lulas, que pueden reconocer a otras mol�culas e interactuar con ellas para que se produzca una determinada respuesta c�lular, las llamamos mol�culas receptoras, o simplemente receptores. Y henos aqu� ya hablando de mol�culas transmisoras que llevan un mensaje o simplemente transmisores, y de mol�culas que reciben o aceptan el mensaje, inicialmente mediante el reconocimiento del transmisor. Podemos por lo tanto concluir, una vez m�s, que como este reconocimiento depende de la forma de la mol�cula, de hecho lo que se est� llevando a cabo es una transmisi�n de la informaci�n contenida en la mol�cula transmisora.

Figura 17. Reconocimiento de una hormona por una mol�cula receptora embebida en el seno de la membrana celular. La estructura tridimensional de las dos mol�culas es tal que permite su reconocimiento espec�fico, y por lo tanto su uni�n. El receptor tiene una porci�n expuesta al exterior de la membrana celular por medio de la cual reconoce a la hormona. El resultado de la interacci�n de la hormona con su receptor es que otras prote�nas de la membrana celular y/o del interior de la c�lula se modifican y en consecuencia la c�lula cambia una o varias de sus funciones, por ejemplo la velocidad de ciertas reacciones qu�micas importantes para su nutrici�n. La hormona act�a as� como un verdadero mensajero qu�mico cuya informaci�n est� en su forma tridimensional.

Pero es tiempo de recapitular para retomar el hilo de nuestra discusi�n anterior, que se refer�a a c�mo se van complicando los mecanismos mediante los cuales se puede establecer comunicaci�n entre componentes diversos o entidades distintas. As�, de la afinidad por atracci�n de cargas entre el prot�n y el electr�n o entre �tomos cargados positiva o negativamente, pasamos a considerar la afinidad o comunicaci�n por compartir electrones, mecanismos en el que los �tomos de carbono resultan maestros. Dando un enorme salto, enseguida revisamos el caso de las mol�culas muy grandes compuestas por unidades m�s peque�as, y vimos que del orden en que estas unidades est�n colocadas en las macromol�culas depende su forma tridimensional, y c�mo de esta estructura tridimensional depende a su vez la capacidad de reconocer por afinidad a otras mol�culas. De aqu� concluimos que estas macromol�culas tienen informaci�n, la cual les sirve para reconocer otras mol�culas pero tambi�n les permite transmitirla de diferentes maneras, sea en el sentido estricto del t�rmino (copiar la estructura molecular) o bien, porque al tener esa informaci�n son capaces de que la c�lula haga lo que tiene que hacer para seguir viviendo. Finalmente, llegamos tambi�n a revisar que muchas de esas mol�culas son capaces de transmitir informaci�n funcional a otras c�lulas, actuando como mensajeros o como receptores.

Para seguir, pues, con el hilo de la creciente complejidad en los mecanismos de comunicaci�n (o de afinidad, que en mucho hemos identificado el significado de estos dos t�rminos), resulta evidente que en la discusi�n anterior hemos dado otro paso enorme, pues casi sin darnos cuenta pasamos de la comunicaci�n intermolecular a la comunicaci�n entre las c�lulas. Este paso es gigantesco, pues implica que ya estamos hablando de organismos formados por muchas c�lulas y que adem�s se han ido especializando en llevar a cabo ciertas funciones que las dem�s no pueden hacer, por ejemplo, secretar sustancias para que act�en a distancia sobre otras c�lulas, y que �stas a su vez poseen mol�culas receptoras para reconocer a las transmisoras.

De lo anterior podemos concluir que conforme los organismos se fueron haciendo m�s complejos en el curso de la evoluci�n biol�gica, sus c�lulas se fueron diferenciando, de tal modo que algunas de ellas, como las que fabrican y secretan hormonas, se han especializado precisamente en eso, en desarrollar mecanismos de comunicaci�n con otras c�lulas del organismo. Esta especializaci�n de las c�lulas en las gl�ndulas de secreci�n interna incluye la posibilidad —y la necesidad— de liberar al exterior una mol�cula mensajera, a la cual hemos llamado transmisor (en el caso particular, hormona), el cual viaja a distancia usando como elemento transportador la sangre, l�quido vital que llega a todas las c�lulas del organismo. Entre par�ntesis, la sangre lleva no solamente las hormonas sino tambi�n el ox�geno, el alimento, los anticuerpos (que por cierto tambi�n son prote�nas, en este caso capaces de reconocer a prote�nas ajenas y da�inas, como las de las bacterias o los virus), y recoge al mismo tiempo los desechos de todas las c�lulas para su posterior eliminaci�n del organismo a trav�s de otras c�lulas encargadas de hacerlo, como el ri��n o los pulmones.

COMUNICACI�N EN EL SISTEMA NERVIOSO

Necesitamos ahora establecer un nexo entre el tema de este cap�tulo y las ideas revisadas en el anterior. Lo que equivale a preguntarnos: dentro del esquema general de mecanismos de afinidad, reconocimiento y comunicaci�n intercelular mediante mol�culas, �qu� lugar ocupan las c�lulas nerviosas?, �qu� tipo de afinidad o afinidades utilizan las neuronas que, como hemos visto en el primer cap�tulo, son las que nos permiten entrar en contacto con el mundo exterior y al mismo tiempo controlan de manera involuntaria gran parte de las funciones de nuestro cuerpo?

Dejemos claro, desde este momento y como una respuesta parcial a estas preguntas que, de entre todas las c�lulas vivientes no hay alguna que se haya especializado tanto en los mecanismos de comunicaci�n como las nerviosas. Su diferenciaci�n en este sentido es tan grande, que las c�lulas nerviosas adultas incluso han perdido la capacidad de reproducirse. Dicho de otra manera, son c�lulas que han abandonado pr�cticamente toda otra funci�n para dedicarse exclusivamente a comunicarse entre s� y con otras c�lulas del organismo. A esto habr�a que agregar adem�s que, conjuntamente con la progresiva especializaci�n para optimizar la comunicaci�n, en el curso de la evoluci�n de las especies las neuronas que en los organismos primitivos estaban m�s o menos dispersas a lo largo y a lo ancho del cuerpo, como en los invertebrados, progresivamente se fueron centralizando, es decir, agrupando en una masa cada vez m�s compacta, m�s grande, m�s compleja y con funciones globales cada vez m�s elaboradas y sofisticadas, hasta que finalmente se lleg� al cerebro humano. (Figura 18.)

Figura 18. El sistema nervioso central progresivamente se fue concentrando en masas cada vez m�s compactas y m�s complejas en la porci�n cef�lica de los organismos. En los moluscos, por ejemplo (secci�n superior de A) el cerebro est� constituido por ganglios independientes unidos por cadenas de fibras nerviosas. En los peces, anfibios, reptiles y aves ya existe una masa alojada en el cr�neo. En los mam�feros, particularmente en los primates (secci�n B), grupo al cual pertenecen el gorila y el hombre, el cerebro ocupa un espacio mucho mayor, en proporci�n tanto del resto de la cabeza como del tama�o del cuerpo en general. Entre el gorila, el Pitecantropo (uno de los hombres primitivos) y el hombre actual, es muy claro el progresivo desarrollo del cerebro que cada vez ocupa m�s volumen en relaci�n con la cara y con la mand�bula. Esta diferencia se aprecia claramente comparando las superficies por arriba y por debajo de las l�neas diagonales en la �ltima parte de la secci�n B.

Debido a esta enorme centralizaci�n de las c�lulas espec�ficamente dedicadas a la comunicaci�n, la capacidad de almacenar informaci�n se increment� prodigiosamente, pues no s�lo fue aumentando el n�mero de neuronas sino que simult�neamente, la complejidad de sus conexiones e interacciones se fue haciendo cada vez m�s notable por la extraordinaria multiplicidad de las combinaciones posibles en el funcionamiento de los conjuntos de neuronas. Pero �ste ser� el tema de un pr�ximo cap�tulo. Por lo pronto y para continuar con nuestra l�nea de alcances y progreso en distintos niveles de comunicaci�n, consideremos brevemente qu� sucedi� cuando apareci� el lenguaje como una consecuencia de la centralizaci�n y complejidad a la que nos referimos. Mediante este inesperado, poderoso medio, ya no una mol�cula, ni una c�lula, ni muchas c�lulas, sino un organismo completo mediante un �rgano, el cerebro, era capaz de comunicarse con otros organismos de una manera inmediata, directa, clara y concisa, y adem�s de transmitirles lo que simult�neamente hab�a ido surgiendo en esa masa de neuronas centralizadas, organizadas e integradas: sensaciones, emociones, deseos, impresiones, tristezas, enojos, alegr�as. De este modo la socializaci�n —que ya hab�a hecho su aparici�n en la evoluci�n de varias maneras, particularmente en insectos como las hormigas y las abejas— alcanz� dimensiones insospechadas. Y como parte fundamental de esa nueva dimensi�n en la socializaci�n, a un nivel de lo que es ya una persona, es decir, un ser consciente de s� mismo, capaz de reflexionar, se empezaron a manifestar afinidades de un car�cter totalmente nuevo, m�s all� de los contactos f�sicos, en sensaciones y emociones como la amistad o el amor en todas sus manifestaciones. Y sin embargo, no debemos olvidar que para manifestar cualquiera de estos sentimientos y emociones, as� sea a trav�s del lenguaje, el cerebro debe emplear neuronas que muevan los m�sculos, que contraigan las extremidades, que flexionen o extiendan la lengua, los labios, las cejas, que endurezcan la mirada, que eleven la voz, que hagan vibrar las cuerdas vocales, que inclinen el cuerpo para abrazar, que alteren la expresi�n de la cara en una sonrisa, en un llanto, en un gesto de ternura...

Se forman as� los grupos humanos, las sociedades, los pa�ses. Y con esto se establecen mecanismos de comunicaci�n entre esos grupos. No seguiremos por el momento esta l�nea de continuidad en la evoluci�n y diferenciaci�n de los mecanismos de comunicaci�n. S� quisiera, sin embargo, tocar uno de los puntos centrales de esta evoluci�n, tan importante como el lenguaje: me refiero al lenguaje escrito. Por primera vez en la historia de la vida sobre la tierra, se gener� un mecanismo mediante el cual la comunicaci�n pod�a pasar a otras generaciones por venir, mediante la preservaci�n de las ideas, los conocimientos, los pensamientos y las emociones convertidas en poes�a, cuentos, novelas, libros de texto, ensayos, monograf�as, historia, y todo cuanto fuera posible plasmar en s�mbolos m�s perdurables que las palabras. �El lenguaje escrito! �Los s�mbolos permanentes, transmisibles inclusive despu�s de la muerte! �La comunicaci�n traspasando los l�mites de lo que dura la vida del cerebro!

Pero tambi�n el lenguaje escrito, con todas sus posteriores extensiones debidas a los adelantos tecnol�gicos, como las m�quinas de escribir, grabadoras, computadoras, impresoras, rotativas, etc., es obra de las neuronas agrupadas en esa masa que tenemos dentro de nuestros cr�neos y que llamamos cerebro. Es conveniente ahora, por lo tanto, regresar a las neuronas. Esas c�lulas que son la cumbre de la evoluci�n biol�gica, los elementos vivos m�s sensibles para percibir, transmitir, comunicar, coordinar y organizar. Veamos, pues, de cerca a las neuronas. Conozcamos c�mo son, qu� forma tienen, y c�mo est�n organizadas dentro del cerebro.

�Saludemos a las neuronas!