El puzle de la vida celular: de guisantes y proteínas

Imagina que tienes un rompecabezas tridimensional para armar. Lo primero que se debe hacer es observar cada pieza, ver qué forma tiene cada una y conocer qué función cumple en la figura completa. Pero en este puzle, algunas fichas pueden tener distintas opciones de encaje. Otras sólo admiten una combinación. Hay partes que son flexibles y podrían adaptarse a diferentes ubicaciones, en otros casos son rígidas. Depende de cómo se produzcan estas interconexiones se obtendrá un resultado distinto.

Lo mismo ocurre en las células. Las infinitas formas de relación entre los distintos compuestos que contienen van a ofrecer diferentes funciones en su acción en los organismos. De esta manera, los químico-físicos biológicos se encargan del estudio de los procesos y reacciones que se producen a nivel molecular en las células, en distintas condiciones, ante la presencia o ausencia de otras sustancias y de cómo es la forma de estas moléculas para que interaccionen.

Conocer la estructura de una proteína en un organismo concreto es como tener un mapa que permite explicar cómo se relaciona con otros componentes en la célula. Imagen: Pixabay.

Así, conocer cómo encajan las biomoléculas en el complejo mundo de los seres vivos constituye el primer paso para detectar errores que pueden producir enfermedades o descubrir nuevas interacciones que mejoren las funciones en el organismo. A esto, precisamente, es a lo que se dedica un equipo de investigación de las universidades de Almería, Granada, Miguel Hernández de Elche, la Estación experimental del Zaidín y el Instituto de Química Física Blas Cabrera, ambos del CSIC, el Centro de Investigación Príncipe Felipe, de Valencia, y la empresa ProtQSAR.

Montando el puzle proteico

Los expertos presentan en la revista International Journal of Biological Macromolecules la estructura tridimensional de una proteína llamada tiorredoxina tipo m de guisante. Esta molécula interviene en distintos procesos biológicos:

• Desarrollo de las raíces
• Respuesta inmune al ataque por patógenos e insectos
• Control de la actividad de otras sustancias claves

Conocer la forma que tiene abre nuevas vías para desarrollar aplicaciones en áreas como la agroalimentación, la medicina o la farmacología.

La tiorredoxina (TRX) es una proteína que se encuentra presente en multitud de organismos, desde bacterias hasta humanos. Ejerce papeles esenciales para la vida protegiendo a las células del estrés oxidativo, que causa su deterioro o muerte, y participando en una variedad de procesos biológicos. Existen diversos tipos, dependiendo de su localización en la célula. Así, TRXm, la protagonista del estudio aparece en plantas y está localizada en los cloroplastos, que son los órganos celulares responsables de la fotosíntesis, un proceso en el que la materia inorgánica y la luz del sol se transforman en nutrientes y dióxido de carbono. Los resultados que muestra el trabajo permitirán el desarrollo de nuevas estrategias para adaptar su funcionalidad a las necesidades de distintos campos de conocimiento y a comprender su cometido en otros organismos.

La investigadora de la Universidad de Almería Ana Cámara, autora del artículo.

Los expertos plantean múltiples posibilidades para la aplicación de esta proteína en diversas especialidades como, por ejemplo:

• tratamiento de semillas para reducir la respuesta alérgica al trigo
• regulación de procesos tumorales en células humanas, por su papel en la regulación del estrés oxidativo
• generación de energía limpia, con la creación de nanosensores que absorban los electrones originados en las reacciones químicas en las que interviene la TRX

Conocer la estructura de una proteína en un organismo concreto es como tener un mapa que permite explicar cómo se relaciona con otros componentes en la célula y que guía para poder desarrollar estas aplicaciones. “De esta manera, hemos definido por primera vez la estructura tridimensional de esta macromolécula y hemos estudiado su interacción con fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBPasa), una enzima clave en la fotosíntesis y que modula ciertas reacciones en plantas y otros seres vivos con el objetivo de producir glucosa y equilibrar el contenido de azúcares en el organismo”, indica a la Fundación Descubre la investigadora de la Universidad de Almería Ana Cámara, autora del artículo.

Las piezas del puzle

Con este trabajo, los investigadores se han centrado en estudiar cuál es la forma de la TRXm en guisantes, para armar parte del rompecabezas de sus células y entender las funciones que se desarrollan en su interior. “Es la base para entender el proceso de regulación de la oxidación celular, la producción de glucosa y el tratamiento de ciertas enfermedades”, añade la investigadora.

En plantas, la TRX controla la enzima FBPasa que interviene en el ciclo por el que el dióxido de carbono atmosférico se transforma en carbohidratos durante la fotosíntesis, es decir, en sus nutrientes. Así, si FBPasa no realiza bien su función, la planta podría enfermar o morir al no recibir alimentos correctamente.

En el trabajo, los expertos demuestran que la TRXm se une a esta enzima y han localizado los puntos específicos por donde lo hace. Además, también han concluido que cuando sólo se integra con el fragmento de la FBPasa que encaja con la TRXm, lo hace con menos fuerza que cuando se combina con la enzima completa, por lo que la interacción entre estas proteínas es más compleja. Por qué ocurre esto aún no se conoce, pero sugiere que hay otros factores que afectan a cómo se ensamblan estas dos piezas, lo que abre nuevas vías de investigación en esta línea.

Flexibilidad proteica

Los investigadores observaron que la TRXm, se pliega y se organiza de manera similar a como lo hacen otras proteínas semejantes en diferentes plantas y en animales. De ahí que pueda usarse para llevar a cabo una función de control del estrés oxidativo en otros organismos. Sin embargo, notaron que una región en particular de esta tiorredoxina, llamada α-hélice 4 (una forma de plegarse sobre sí misma la cadena de proteína), es más flexible que en otras TRXs. Esta flexibilidad adicional permite que se ajuste a la forma de otras moléculas y se una eficientemente, lo que facilita que los procesos celulares en plantas funcionen correctamente.

El investigador José Luis Neira de la Universidad Miguel Hernández, autor del artículo.

Si la tiorredoxina no adquiere la forma adecuada para adaptarse a la región de la proteína con la que necesita interactuar, no podrá unirse correctamente y realizar su función. “Por lo tanto, entender la flexibilidad de la tiorredoxina nos ayuda a comprender mejor cómo funciona dentro de la célula y cómo podemos aprovechar esta información para estudiar y potencialmente manipular procesos biológicos importantes”, añade José Luis Neira de la Universidad Miguel Hernández, también autor del artículo.

Con esto, ya tenemos el puzle de la TRXm montado, listo para enmarcar y ocupar su lugar en el muro de las fotos de familia. Esto no quita, que estos mismos investigadores, u otros, sigan probando nuevas piezas y combinaciones en el armazón terminado. En el vasto universo de los seres vivos, siempre hay más piezas por descubrir y nuevos desafíos que esperan ser resueltos. Quién sabe qué otro enigma nos aguarda en el siguiente rompecabezas científico.