Un "corsé" para la estructura de la enzima
La estructura de los biocatalizadores depende de si están en las células o en el tubo de ensayo
La estructura de las enzimas determina cómo controlan los procesos vitales como la digestión o la respuesta inmunológica. Esto se debe a que los compuestos proteínicos no son rígidos, sino que pueden cambiar de forma a través de "bisagras" móviles. La forma de las enzimas puede depender de si su estructura se mide en el tubo de ensayo o en la célula viva. Esto es lo que los fisicoquímicos de la Universidad de Bonn descubrieron sobre la YopO, una enzima del patógeno de la plaga. Este resultado fundamental, que ahora ha sido publicado en la revista "Angewandte Chemie", es potencialmente también de interés para la investigación de drogas.
Nico Fleck durante la síntesis del spin label (bandera) en un aparato de reflujo.
© Hamed Alaei
Representación esquemática del estudio: La etiqueta de giro (abajo a la izquierda) se adhiere a la proteína YopO y el constructo resultante (arriba a la izquierda) se estudia tanto en las células intactas como en el tubo de ensayo. Las mediciones de las distancias entre las etiquetas de espín (mostradas en rojo) muestran claramente que la estructura en el entorno celular difiere de la que se encuentra en condiciones artificiales en el tubo de ensayo.
© Heubach/Hett/Fleck
Todas las células vivas contienen proteínas, que son esenciales para el mantenimiento de las funciones del cuerpo. Las proteínas están compuestas principalmente por aminoácidos y, como catalizadores (enzimas), permiten reacciones bioquímicas que de otro modo no tendrían lugar. Las enzimas controlan, por ejemplo, la digestión y el sistema inmunológico. "El tipo de reacciones bioquímicas y cómo se producen depende de la estructura de las proteínas", dice el Prof. Dr. Olav Schiemann del Instituto de Física y Química Teórica de la Universidad de Bonn. Las proteínas no son rígidas, pero pueden cambiar de forma a través de "bisagras" móviles. Esta interacción entre la estructura y la dinámica determina lo que sucede. La enzima y la sustancia a transformar deben encajar como una llave y una cerradura para catalizar un proceso específico.
El YopO está anclado en la membrana y por lo tanto es particularmente estable
Los científicos utilizaron una proteína de los patógenos de la peste (Yersinia) para su investigación. Estos engañan al sistema inmunológico inyectando proteínas como la YopO (proteína externa O de la Yersinia) en los macrófagos atacantes. La YopO se une a la actina de las células defensoras, causando que las células inmunes ya no puedan envolver y digerir los patógenos. "Usamos YopO porque esta enzima es médicamente interesante y puede ser anclada o inmovilizada en una membrana", explica Schiemann. "Esto último es un importante prerrequisito para nuestras mediciones a temperatura ambiente".
Nico Fleck, del grupo de investigación de Schiemann, desarrolló para este propósito etiquetas de espín que fueron específicamente adaptadas a las investigaciones dentro de la célula. Estas son pequeñas "banderas" que el miembro del equipo Caspar A. Heubach fijó en diferentes posiciones de la proteína. Utilizando el método DQC (Doble Coherencia Cuántica), que funciona como una regla a nivel molecular, el miembro del equipo Tobias Hett midió entonces las distancias entre las banderas. "Si conocemos las distancias entre las banderas, podemos deducir qué estructuras es capaz de asumir una cierta enzima", dice Hett. Esto funciona algo así como un "navegador por satélite" para las moléculas; después de todo, el sistema de guía para los vehículos también se basa en las mediciones de distancia.
Los investigadores aplicaron el método DQC a YopO en el tubo de ensayo y, para comparar, en los huevos de la rana de garra africana, que se utilizan frecuentemente como organismos modelo en la ciencia. Para las mediciones en la célula, el YopO marcado con las banderas fue inyectado en los huevos con una jeringa, "muy similar a la forma en que los patógenos de la plaga lo hacen a nivel molecular", explica Nico Fleck. Esto demostró que el YopO era capaz de absorber un mayor número de estructuras diferentes cuando estaba en solución acuosa en el tubo de ensayo que en los huevos. "El YopO es estructuralmente más móvil en el tubo de ensayo que en las células vivas", dice Schiemann. "En las células, las estructuras como las membranas y las interacciones con otras proteínas reducen la diversidad estructural del YopO".
Principio fundamental
Este hallazgo no sólo se aplica a la YopO, sino que es un principio fundamental: en el tubo de ensayo no hay un "corsé" impuesto por otras estructuras celulares, las posibilidades de despliegue de las enzimas son mayores. Los investigadores creen que esto tiene consecuencias para todos los estudios que involucran biomoléculas. "Las investigaciones de las biomoléculas aisladas son ciertamente esenciales. Sin embargo, para tener una imagen completa, tales estructuras y dinámicas deben ser estudiadas bajo condiciones tan naturales como sea posible", dice Schiemann. Caspar Heubach añade: "Si los resultados de un estudio se refieren a los procesos biomoleculares en las células, uno debería, como en este caso, investigar también la estructura y la dinámica de las proteínas en las células vivas".
Los resultados son interesantes para la investigación farmacéutica
Como las proteínas controlan diferentes procesos celulares, también son el foco de la búsqueda de nuevos tratamientos. Por lo tanto, los investigadores confían en que los resultados presentados por el equipo de investigación de la Universidad de Bonn también sean de interés potencial para la investigación farmacéutica. "Las interacciones en la célula son importantes para la estructura y la dinámica de las proteínas", dice Schiemann. "Por lo tanto, es importante la forma en que se determina la estructura de las enzimas en la búsqueda de sustancias activas".
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