Descubren mensajería instantánea en proteínas

Investigadores desentrañan procesos fundamentales de comunicación en proteínas

20.09.2019 - Alemania

Las proteínas son esenciales para cada célula viva y responsables de muchos procesos fundamentales. En particular, son necesarios como biocatalizadores en el metabolismo y para la señalización dentro de la célula y entre células. Muchas enfermedades se producen como consecuencia de fallos en esta comunicación, y los orígenes de la señalización en proteínas han sido fuente de un gran debate científico. Ahora, por primera vez, un equipo de investigadores de la Universidad de Göttingen ha observado los protones móviles que hacen este trabajo en todas y cada una de las células vivas, proporcionando así nuevos conocimientos sobre los mecanismos.

Investigadores de la Universidad de Göttingen, dirigidos por los profesores Kai Tittmann y Ricardo Mata, encontraron la manera de cultivar cristales de proteínas de alta calidad de una proteína humana. El acelerador de partículas DESY en Hamburgo permitió observar protones (partículas subatómicas con carga positiva) moviéndose dentro de la proteína. Esta sorprendente "danza de los protones" mostró cómo las secciones distantes de la proteína eran capaces de comunicarse instantáneamente entre sí, como si la electricidad se moviera a través de un alambre.

Además, el grupo de Tittmann obtuvo datos de alta resolución para varias otras proteínas, mostrando con un detalle sin precedentes la estructura de una especie de enlace de hidrógeno donde dos átomos más pesados comparten efectivamente un protón (conocido como "enlace de hidrógeno de baja barrera"). Esta fue la segunda sorpresa: los datos demostraron que la unión de hidrógeno de baja barrera existe efectivamente en proteínas que resuelven una controversia de décadas de duración, y de hecho juega un papel esencial en el proceso.

"Los movimientos de los protones que observamos se asemejan mucho al juguete conocido como la cuna de Newton, en el que la energía se transporta instantáneamente a través de una cadena de bolas metálicas suspendidas. En las proteínas, estos protones móviles pueden conectar inmediatamente otras partes de la proteína", explicó Tittmann, que también es becario Max Planck del Instituto Max Planck de Química Biofísica de Göttingen. El proceso fue simulado con la ayuda de cálculos químicos cuánticos en el laboratorio del profesor Mata. Estos cálculos proporcionaron un nuevo modelo para el mecanismo de comunicación de los protones. "Hace tiempo que sabemos que los protones pueden moverse de forma concertada, como en el agua, por ejemplo. Ahora parece que las proteínas han evolucionado de tal manera que pueden usar estos protones para la señalización".

Los investigadores creen que este avance puede llevar a una mejor comprensión de la química de la vida, mejorar la comprensión de los mecanismos de la enfermedad y conducir a nuevos medicamentos. Este avance debería permitir el desarrollo de proteínas conmutables que puedan adaptarse a una multitud de aplicaciones potenciales en medicina, biotecnología y química respetuosa con el medio ambiente.

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