Proteína con propiedades contradictorias: secreto desvelado
Descubrimiento fascinante
Una proteína con propiedades contradictorias despertó el interés de los científicos del Instituto Max Planck de Investigación Médica: A pesar de su gran carga superficial negativa, tiene una fuerte tendencia a captar electrones, que también están cargados negativamente. Los investigadores descubrieron iones de calcio cargados positivamente en el interior de la proteína, muy cerca de los electrones, contrarrestando su carga. Consideran que se trata de una forma natural de manejar las cargas eléctricas opuestas y permitir que la proteína cumpla óptimamente su función biológica.
Sorprendente hallazgo: En el interior de la proteína recién descubierta, los iones de calcio se encuentran en las inmediaciones del lugar donde se almacenan los electrones (sección transversal con el interior de la proteína en gris, las líneas curvas en el exterior son líneas de campo eléctrico).
© MPI for Medical Research
Un descubrimiento fascinante
La energía fluye a través de las células vivas de varias maneras: una de ellas es mediante electrones que se desplazan a lo largo de una serie de moléculas de proteínas, como en un cable eléctrico, pasando de una proteína a la siguiente. Mientras estudiaban estas proteínas, investigadores del Instituto Max Planck de Investigación Médica descubrieron una versión inusual del citocromo c.
El citocromo c es una proteína muy común que transfiere electrones de una proteína a otra. Sin embargo, la proteína recién descubierta difiere del citocromo c "estándar" en dos aspectos. En primer lugar, tiene una afinidad por los electrones mucho mayor que el citocromo c normal. En segundo lugar, tiene una carga eléctrica fuertemente negativa, mientras que el citocromo c suele tener una carga fuertemente positiva. Esta combinación de propiedades es inesperada, ya que una fuerte carga negativa normalmente haría más difícil que una proteína almacenara electrones, ya que éstos también están cargados negativamente, y las cargas negativas se repelen entre sí.
Los iones de calcio desempeñan un papel clave
Esta aparente contradicción intrigó a Thomas Barends, jefe del grupo de investigación del Instituto Max Planck de Investigación Médica. Él y su equipo se propusieron investigarla, con resultados sorprendentes. Éstos se han publicado ahora en el Journal of Biological Chemistry y se han destacado como "Selección del Editor".
"Fue fascinante descubrir iones de calcio tan cerca de donde se almacenan los electrones. Significa que la proteína guarda los electrones en un lugar muy ventajoso, porque la carga positiva de los iones de calcio compensa la carga negativa de los electrones. Esto nos sorprendió al principio, ya que no habíamos visto antes que el calcio se utilizara de esta forma dentro de una proteína", explica Thomas Barends, biólogo estructural. Según los resultados, un catión de calcio -un ion de calcio con carga positiva- se encuentra a una distancia inferior a 0,7 nanómetros de los átomos de hierro que la proteína utiliza para almacenar electrones. Incluso a escala molecular, se trata de una distancia muy corta.
La conclusión que el equipo extrajo de este descubrimiento es la siguiente: "Esta disposición podría permitir a la proteína tener una gran afinidad por los electrones a pesar de su carga negativa, lo que creemos que necesita para unirse a otra proteína a la que pueda pasar los electrones posteriormente. De este modo, puede cumplir óptimamente su función biológica".
Pruebas experimentales y computacionales
Para demostrar que los iones de calcio son realmente la causa de la alta afinidad de la proteína por los electrones, el equipo del Max Planck estudió las proteínas con y sin calcio y comparó los datos, una tarea nada fácil, ya que el calcio es un elemento muy común, por lo que la contaminación de los experimentos era un problema constante. Al mismo tiempo, un grupo de químicos teóricos de la Universidad de Bayreuth dirigido por Matthias Ullmann realizó simulaciones por ordenador, también con y sin calcio. Sus resultados confirmaron la interpretación de los datos del equipo Max Planck.
Comprensión avanzada de los principios que subyacen a las funciones de las proteínas
Los resultados de la nueva investigación son un buen ejemplo de cómo la naturaleza resuelve contradicciones, en este caso ajustando las cargas eléctricas locales dentro de una proteína para aumentar su afinidad por los electrones. Este descubrimiento es relevante tanto para comprender cómo fluye la energía a través de las células como para desarrollar nuevas proteínas artificiales para aplicaciones nanotecnológicas.
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