NeoFronteras

Una proteína pasa de su forma no plegada hasta adquirir su forma final. Foto: Universidad de Cornell.

Unos estudios apoyan una teoría largamente mantenida sobre cómo y dónde las proteínas se pliegan hasta adquirir su forma.
Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos de los cuales sólo hay un determinado número pero que combinados crean una infinidad de secuencias. Esta misma lista de aminoácidos es usada universalmente por todos los seres vivos del planeta. Pero las proteínas no forman simples largos hilos con estos bloques constitutivos en sus astronómicas combinaciones, forman complejas estructuras, que a veces incluyen incluso hélices. De algún modo la proteína se pliega sobre sí misma hasta adquirir una forma predeterminada que depende precisamente de la secuencia de aminoácidos. La función de la proteína, o sus efectos catalíticos, dependen de esa forma tridimensional. Todavía no sabemos predecir dicha forma a partir de la secuencia de aminoácidos. Sólo podemos cristalizar la proteína y por difracción de rayos X determinar dicha forma. También podemos usar resonancia magnética nuclear para hallarla.
No podemos predecir su forma teórica por muchas supercomputadoras que usemos porque no conocemos muy bien los mecanismos implicados en el plegamiento. Pero conocer el plegamiento es un problema muy importante y fascinante de resolver porque muchos futuros medicamentos pueden estar basados en este desarrollo. Además algunas proteínas se pliegan mal y dan lugar a enfermedades donde hay priones involucrados o dan lugar otros tipos de enfermedades como algunas enfermedades neurodegenerativas.
La teoría establecida propone que la proteína se pliega en sitios específicos a lo largo de la cadena de aminoácidos que contiene grupos no polares, y continúa plegándose por agregación. Una molécula o grupo no polar no presentan una distribución asimétrica de carga eléctrica. El caso contrario viene ejemplificado con la molécula del agua que es polar. Así en lado donde hay hidrógenos es un poco positiva, a diferencia de la parte donde está el oxígeno que es un poco negativa (el total debe de ser neutro). Por esta razón los grupos no polares son hidrófobos, es decir repelen el agua, al igual que el aceite (también no polar) no se mezcla con el agua.
En el medio de base acuosa de las células las largas cadenas de polipéptidos son manufacturadas en los ribosomas de manera secuencial, y rápidamente la cadena se pliega para adquirir su función. La teoría propone que hay sitios a lo largo de la cadena de polipéptidos donde los grupos hidrófobos inicialmente se pliegan sobre ellos mismos creando pequeños bolsillos que los “protegen” del agua.
Harold Scheraga porfesor de la Universidad de Cornell y coautor del artículo publicado en PNAS el 29 de agosto se preguntó qué dirige el plegamiento, ya que quería verificar experimentalmente la teoría comentada. Esto podría proporcionar los elementos necesarios que sienten las bases para un posterior trabajo computacional sobre el plegamiento, un sueño todavía no alcanzado por la proteonómica.
La demostración de la teoría está basada en dos métodos teóricos que demuestran que los sitios de plegado inicial suceden en grupos no polares. H. Jane Dyson y Peter Wright usaron un sistema de resonancia magnética nuclear para validar experimentalmente ambos caminos.
El primer método usó supercomputadoras para calcular la energía necesaria para convertir una cadena de polipéptido en un bolsillo colapsado hidrofóbico. El plegamiento ocurre en varios lugares que requieren la menor energía posible para mantenerlo. Buscando los lugares donde están los grupos no polares los investigadores entendieron mejor dónde ocurre el plegamiento a lo largo de la cadena.
El segundo método necesitó estudiar una proteína plegada a través de los sucesivos pasos requeridos para llegar a la estructura nativa (plegada). Este método mapeaba tres estadios en el proceso de plegamiento.
Estos dos métodos demostraron que es precisamente en los grupos no polares donde el plegamiento comienza y entonces éste se propaga hasta la forma plegada final, tal y como la teoría predice. Esto representa un ejemplo más de la fuerza del método científico.

Referencia: Resumen en PNAS del artículo original.

Fuente: Universidad de Cornell.