Puede parecer contradictorio para muchos, pero los iones metálicos juegan un papel fundamental en la vida, ya que llevan a cabo algunos de los procesos biológicos más importantes. Piense en la hemoglobina, una metaloproteína responsable de transportar oxígeno a los órganos del cuerpo a través de los glóbulos rojos. Las metaloproteínas son proteínas unidas por al menos un ion metálico. En el caso de la hemoglobina, ese metal es el hierro.
Para que las metaloproteínas funcionen correctamente, deben combinarse con el ion metálico correcto: la hemoglobina solo puede funcionar con hierro. Sin embargo, la unión proteína-metal normalmente se rige por un orden estricto, llamado Serie Irving-Williams, que dicta que los iones de cobre deben se unen a las proteínas sobre otros metales.
En otras palabras, si una célula contuviera cantidades iguales de diferentes iones metálicos, la mayoría de las proteínas celulares y otros componentes se unirían al cobre, obstruyendo la maquinaria celular en el proceso. Esta es la razón por la que los organismos gastan una energía considerable manteniendo controles muy estrictos sobre la cantidad de cobre libre presente en las células.
Ahora, los investigadores de la División de Ciencias Físicas de la Universidad de California en San Diego han informado sobre una nueva estrategia de diseño de proteínas para eludir la Serie Irving-Williams. Los hallazgos fueron publicados a principios de esta semana en la revista Naturaleza.
El profesor de Química y Bioquímica Akif Tezcan y el académico postdoctoral Tae Su Choi diseñaron una proteína flexible que se une selectivamente a otros iones metálicos sobre el cobre, allanando el camino para el diseño de nuevas proteínas funcionales y agentes de secuestro de metales. Choi y Tezcan descubrieron que la unión selectiva a metales distintos del cobre requería que la proteína artificial presentara una combinación muy específica de aminoácidos y geometrías para discriminar el cobre. Este descubrimiento requirió un enfoque de diseño poco común.
«El diseño de proteínas generalmente implica tratar de crear una estructura de proteína discreta que pueda realizar una determinada función, como la catálisis. Este enfoque es intrínsecamente determinista y sigue la secuencia de un diseño, una estructura, una función», afirmó Tezcan. «En el mejor de los casos, obtienes la estructura y la función que se diseñó. Sin embargo, este enfoque no deja mucho espacio para el descubrimiento de nuevos principios de diseño o resultados inesperados, que son potencialmente más significativos que lo que se planeó originalmente».
En cambio, Tezcan y Choi adoptaron un enfoque probabilístico. Al principio, su proteína diseñada no fue diseñada para poseer una estructura singular que se une selectivamente a un determinado tipo de metal. Crearon un sistema flexible que podía organizarse de múltiples maneras para unir diferentes iones metálicos en diferentes geometrías. Fue esta flexibilidad la que los llevó a un resultado que originalmente no habían planeado.
«Al analizar estos sistemas, vimos que las proteínas se unían a los iones de cobalto y níquel antes que al cobre, que no es el orden natural de las cosas», afirmó Choi. «Creamos una hipótesis y probamos nuevas variantes. Después de un análisis exhaustivo, nos dimos cuenta de que podíamos construir un entorno proteico en el que no se favoreciera el cobre».
«Este es un ejemplo de diseño de un camino en lugar de un objetivo», explicó Tezcan. «Personalmente, creo que esta es una forma más emocionante de abordar el problema del diseño de proteínas. Al incorporar un elemento de flexibilidad en el diseño, dejamos abierta la posibilidad de diferentes resultados y nuevos principios de diseño que no podríamos haber conocido de antemano».
La investigación sobre la unión selectiva de metales y el diseño de proteínas tiene una importancia que va más allá de una mejor comprensión de los fundamentos de la vida. También puede sentar las bases para procesos más eficientes durante la remediación ambiental, como cuando ciertos metales deben secuestrarse en agua contaminada. El diseño de proteínas también es una parte crítica de la investigación y el desarrollo farmacéutico.
«Estábamos intrigados por la pregunta ‘¿Podemos diseñar proteínas que puedan unirse selectivamente a metales o tener reacciones catalíticas en formas que la evolución aún no ha inventado?'», dijo Choi. «El hecho de que la biología no lo haga, no significa que no sea posible».
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de California – San Diego. Original escrito por Michelle Franklin. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
