Enseñanza de la Quimiósmosis y el ATP sintasa utilizando TICS

La enseñanza del tema del proceso de producción de ATP mediante Quimiósmosis y el funcionamiento del ATP Sintasa en la Respiración Celular siempre ha representado un reto para los docentes de las Ciencias Biológicas. Los últimos avances científicos revelaron que el ATP sintasa es un complejo motor molecular rotatorio. El ATP sintasa  representa una de las más impresionantes estructuras moleculares diseñadas en los seres vivos, que puede rotar a unas 6,000 revoluciones por minuto, y producir unos 18,000 ATPs por minuto. El ATP sintasa esta presente en cada una de las mitocondrias de cada uno de los seres vivos y en los cloroplastos de cada ser vivo fotosintético de este planeta. Existen diferencias estructurales en los motores ATP sintasa de los diferentes organismos.

El ATP sintasa no es el único motor molecular rotatorio descubierto en los seres vivos; existe otro motor molecular mucho más complejo que fue descubierto en 1973: el motor molecular del flagelo bacteriano.

Este proyecto consistió en preparar un grupo de recursos que apoyara la comprensión de este tema en las clases de Biología en la UNAH. Es básicamente una aplicación del concepto “conocimiento didáctico del contenido”. 

Este proyecto consistió en cuatro etapas:

  • Revisión de literatura científica acerca del funcionamiento del NanoMotor Molecular ATP Sintasa
  • Búsqueda de recursos multimedia que ayuden a la comprensión del tema
  • Organización de la Información y los recursos
  • Presentación a los docentes de la Escuela de Biología de la UNAH

El recurso finalmente fue presentado y compartido a los docentes de la Escuela de Biología y del Departamento de Biología UNAH-VS a inicios del año 2015, e incluyó principalmente los siguientes recursos:

1. Niveles de organización y complejidad de los seres 

quimiosmosis

2. Observación directa de un motor ATP sintasa rotando, mediante  microscopía. Creditos: Kazuhiko Kinosita, Waseda University, Japan

http://www.k2.phys.waseda.ac.jp/F1movies/F1Prop.htm

3. Animación 3D “El Interior de la Célula” elaborado por Biovisions de la Universidad de Harvard

 

 

 4.Animación 3D “La mitocondria, energizando la Célula”  elaborado por Biovisions de la Universidad de Harvard. (Muestra Motores ATP sintasa rotando)

 

5. Animación de “Gradientes ATP Sintases” de Virtual Cell

 

http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/atpgradient/movie-flash.htm

 

6. Animaciones de ATP Sintasa de MRC-Mitochondrial Biology Unit (MBU)

 

http://www.mrc-mbu.cam.ac.uk/projects/2248/molecular-animations-atp-synthase

 

7. Animaciones del BIOROM

 

http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/metab/atp-sint-mec.html

 

8. Animación de otro caso de motor molecular, específicamente del enormemente complejo motor molecular del flagelo bacteriano. Animación del proyecto Protonic NanoMachine de la Universidad de OSAKA, Japon. 

azsa 

 

http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/namba/npn/ 

 

 9. Clutch molecular del motor molecular del flagelo bacteriano. (Descubierto en el año 2008)

flagellum1 h

Fotografía tomada de https://www.nsf.gov/news/news_images.jsp?cntn_id=111737&org=NSF

 

https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?org=NSF&cntn_id=111737&preview=false

Artículos importantes
 
  • Abrahams, J. P., Leslie, A. G., Lutteri, R., & Walker, J. E. (1994). Structure at 2.8 A resolution of F1-ATPase. Nature, 370, 25. 
  • Beeby, M., Ribardo, D. A., Brennan, C. A., Ruby, E. G., Jensen, G. J., & Hendrixson, D. R. (2016). Diverse high-torque bacterial flagellar motors assemble wider stator rings using a conserved protein scaffold. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(13), E1917-E1926. 
  • Berg, H. C., & Anderson, R. A. (1973). Bacteria swim by rotating their flagellar filaments.
  • Boyer, P. D. (1993). The binding change mechanism for ATP synthase—some probabilities and possibilities. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics, 1140(3), 215-250.
  • Boyer, P. D. (1997). The ATP synthase-a splendid molecular machine. Annual review of biochemistry, 66(1), 717-749. 
  • Noji, H., Yasuda, R., Yoshida, M., & Kinosita, K. (1997). Direct observation of the rotation of F1-ATPase. Nature, 386(6622), 299-302.
  • Stewart, A. G., Sobti, M., Harvey, R. P., & Stock, D. (2013). Rotary ATPases: models, machine elements and technical specifications. Bioarchitecture, 3(1), 2-12. 
  • Stewart, A. G., Laming, E. M., Sobti, M., & Stock, D. (2014). Rotary ATPases—dynamic molecular machines. Current opinion in structural biology, 25, 40-48. 
  • Stock, D., Leslie, A. G., & Walker, J. E. (1999). Molecular architecture of the rotary motor in ATP synthase. Science, 286(5445), 1700-1705. 

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