Investigadores da USC e a UNAM avanzan na caracterización das proteínas
As proteínas son moléculas de tamaño tipicamente grande, da orde de varios miles de átomos, formadas por cadeas de aminoácidos que se estruturan de maneira complexa. A actividade que realizan depende criticamente da estabilidade desa estrutura, co que se esta se perturba por algunha razón a proteína deixa de realizar a súa función, é dicir, perde actividade e xeralmente se presenta algunha patoloxía.
Hai unha relación xeralmente aceptada entre os conceptos de flexibilidade, estabilidade e actividade das proteínas: canto máis flexible é unha estrutura máis eficiente será na súa actividade, pero ao mesmo tempo menos estable será a proteína. Así, a presión evolutiva busca o mellor balance entre estes tres conceptos. Neste escenario, e nun momento da historia no que é posible manipular as proteínas para fins específicos que abarcan tanto aplicacións biotecnolóxicas como en ciencia fundamental, faise necesario cuantificar estes termos e aprender a explotalos.
Precisamente niso é no que traballa un equipo formado por físicos da Universidade de Santiago de Compostela (USC) e químicos da Universidade Nacional Autónoma de México (UNAM). Nun artigo que este martes publica a revista científica Structure, pertencente ao grupo editorial Cell, introducen un novo concepto para caracterizar proteínas, a flexibilidade térmica, e demostran a súa correlación a nivel cuantitativo con outro concepto importante xa establecido e aceptado nesta área de estudo, o da estabilidade cinética.
A flexibilidade térmica mide canto cambia a posición relativa de cada aminoácido dentro da proteína ao variar a temperatura. Se a posición dun aminoácido non varía significa que é moi pouco flexible, e se a súa posición relativa cambia moito coa temperatura entón este aminoácido será termicamente moi flexible. Para cuantificar esta propiedade realizáronse simulacións computacionais do comportamento dinámico de dúas proteínas (triosafosfato isomerasa dos parasitos trypanosoma cruzi e de trypanosoma brucei) a diferentes temperaturas e, a partir deses cálculos, determinouse de maneira explícita a flexibilidade térmica de cada aminoácido. Escolléronse estas proteínas porque teñen estruturas moi parecidas –o que facilita a xeración de quimeras– pero estabilidades cinéticas moi diferentes.
Aforro de custes e tempo
A correlación atopada entre a flexibilidade térmica obtida a partir das simulacións e a estabilidade cinética obtida a partir dos experimentos é “extraordinariamente boa, o que nos permite realizar predicións sobre estruturas que aínda non se xeraron no laboratorio, aforrando así moito esforzo, tempo e diñeiro”, apunta o profesor do grupo de Materia Branda e Biofísica Molecular do Departamento de Física Aplicada da USC.
As posibles repercusións deste traballo son moi interesantes xa que a metodoloxía empregada por medio das simulacións por ordenador é relativamente sinxela, rápida e barata e permite identificar aminoácidos específicos cuxas mutacións afectan de maneira importante a estabilidade das estruturas. “Sería posible, por exemplo, xerar unha proteína artificial capaz de realizar a súa función a altas temperaturas ou que simplemente teña unha vida útil moito máis longa”, explica Piñeiro. Este tipo de modificacións son interesantes na industria biotecnolóxica e tamén para explicar diferenzas no funcionamento de estruturas que se atopan na natureza.
O traballo é resultado dunha colaboración de investigadores da USC co grupo do profesor Miguel Costas, da UNAM, e constitúe a achega principal da tese doutoral de Andrea Quezada, da mesma universidade e executora de todas as simulacións e experimentos. O traballo experimental realizouse na UNAM, mentres que para o computacional se utilizaron os recursos do Centro de Supercomputación de Galicia desde o Grupo de Materia Branda e Biofísica Molecular da USC.