Primer plano de las nanomáquinas biológicas
Los investigadores profundizan en los procesos peroxisomales
Cada sistema tiene su sistema de eliminación de residuos. En el cuerpo humano, los orgánulos celulares llamados "peroxisomas" eliminan, entre otras cosas, sustancias tóxicas y grasas, y con ello previenen enfermedades graves. El grupo de proteínas "Pex" (factores de biogénesis de los peroxisomas) se encarga de que estas "unidades de desintoxicación" funcionen correctamente, y un equipo de investigadores de la Universidad de Münster dirigido por el profesor Christos Gatsogiannis ha sido el primero en demostrar, a nivel atómico, cómo se desarrollan estos complejísimos procesos. El éxito -ahora aclamado con la publicación del estudio en la prestigiosa revista Nature Communications- ha sido posible gracias al nuevo microscopio de alta tecnología de la Universidad.
"Los peroxisomas son como fábricas en miniatura especializadas en distintas tareas", explica Gatsogiannis. "En primer lugar, son conocidos por 'desintoxicar' la célula. Actúan como unidades de eliminación de residuos celulares en nuestras células". Estos residuos pueden ser un exceso de ácidos grasos, por ejemplo, o sustancias tóxicas del entorno: al menos 50 procesos diferentes de este tipo son atendidos por orgánulos celulares de sólo 0,5 micrómetros de tamaño (1 micrómetro = 1 millonésima parte de un milímetro).
Algo especialmente importante para el sistema es el papel que desempeñan los peroxisomas en el metabolismo de las grasas. Esto se debe a que no sólo desmantelan las grasas, sino que también las convierten en energía utilizable, que a su vez es indispensable para diversos procesos del organismo. Sin los peroxisomas, pueden acumularse cantidades peligrosas de ciertas grasas, lo que daría lugar a graves problemas de salud. Por eso, las enfermedades relacionadas con la edad suelen estar asociadas a disfunciones peroxisomales, por ejemplo, la pérdida de audición o de vista, el Alzheimer, la diabetes o el cáncer.
Cada uno de estos procesos requiere una serie de enzimas específicas. Los peroxisomas, sin embargo, están rodeados por una membrana biológica que las proteínas no pueden atravesar fácilmente, lo que significa que tienen que ser importadas. Este mecanismo de importación necesita energía y otro grupo de proteínas: el grupo Pex. "Al igual que un camión, que transporta productos de un lugar a otro, el transporte de enzimas requiere una proteína de transporte, energía y una logística bien pensada para funcionar eficazmente", es la comparación que hace el estudiante de doctorado Maximilian Rüttermann, miembro del equipo. "Y, de nuevo igual que un camión, la proteína se vuelve a utilizar o reciclar hasta que finalmente se deshace o se desintegra".
Este mecanismo de reciclaje es el único paso que consume mucha energía en todo el proceso de importación. El papel principal lo desempeña el complejo perixisomal AAA-ATPasa Pex1/Pex6: esta "nanomáquina biológica" desempaqueta y despliega las proteínas gastadas para que puedan ser recicladas o desechadas. Las AAA-ATPasas son básicamente una especie de equipo de limpieza celular que mantiene el entorno interno de la célula limpio, funcional y preparado para las exigencias de la vida. No es de extrañar, por tanto, que la mayoría de las disfunciones en la biogénesis peroxisomal estén asociadas a mutaciones en Pex1 o Pex6, y que hasta el 60 por ciento de todos los casos sean atribuibles a un raro trastorno genético en el que las células del paciente no son capaces de formar peroxisomas. Es algo que el público en general desconoce, ya que los pacientes afectados mueren por regla general a los pocos días o semanas de nacer, y aún no existe cura conocida.
El equipo de investigadores dirigido por Gatsogiannis ha demostrado ahora, por primera vez y con detalle atómico, cómo la AAA-ATPasa peroxisomal procesa otras enzimas para que las unidades de desintoxicación sigan funcionando correctamente. Para ello, los investigadores utilizaron el método de microscopía electrónica criogénica. "Investigar un complejo altamente dinámico como la AAA-ATPasa Pex1 Pex 6 es como observar el motor de un coche en marcha", afirma Rüttermann. "Se generan millones de imágenes desde todos los ángulos mientras está en marcha y luego, sobre esta base, se produce un modelo tridimensional en todos sus diversos estados". En la primavera de este año, el equipo puso en funcionamiento un microscopio electrónico criogénico de última generación. La nueva adquisición, que costó 7,5 millones de euros, permite investigar proteínas y nanomáquinas biológicas a nivel atómico y descifrar así los secretos del funcionamiento celular.
Las estructuras de alta resolución muestran cómo las proteínas Pex1 y Pex6 trabajan juntas de forma sincronizada. Extraen de la membrana un sustrato similar a los receptores de importación utilizados para permitir su reciclaje: un mecanismo único, comparable a una hilera de brazos que, paso a paso, tiran de una gruesa cuerda por parejas y, en el proceso, desatan sus nudos. "Las estructuras atómicas y la comprensión del mecanismo de esta compleja nanomáquina nos permiten ahora entender pasos importantes de la fisiología de los peroxisomas en la salud y la enfermedad", afirma Gatsogiannis para concluir. "Ahora es posible relacionar todas las mutaciones conocidas con su función, a fin de comprender sus consecuencias químicas y, en consecuencia, entender las causas de los trastornos metabólicos".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
