Puede parecer contradictorio para muchos, pero los iones metálicos juegan un papel crucial en la vida, realizando 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.

Puede parecer contradictorio para muchos, pero los iones metálicos juegan un papel crucial en la vida, realizando 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 de proteínas y metales generalmente se rige por un orden estricto llamado serie de Irving-Williams, que dicta que los iones de cobre deben unirse 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. Debido a esto, los organismos gastan mucha energía manteniendo controles muy estrictos sobre la cantidad de cobre libre que hay en las células.

Ahora, investigadores del Departamento 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 de Irving-Williams. Los resultados fueron publicados en la revista a principios de esta semana. naturaleza.

El profesor de química y bioquímica Akif Tezcan y el becario postdoctoral Tae Su Choi diseñaron una proteína flexible que se une a otros iones metálicos de forma selectiva a través del cobre, allanando el camino para el desarrollo de nuevas proteínas funcionales y agentes de unión a metales. Choi y Tezcan descubrieron que la proteína artificial tenía que tener una combinación muy específica de aminoácidos y geometrías para unirse selectivamente a metales distintos del cobre para discriminar el cobre. Este descubrimiento requirió un enfoque de diseño inusual.

“El diseño de proteínas generalmente implica tratar de crear una estructura de proteína discreta que pueda realizar una función específica, como B. Catálisis. Este enfoque es inherentemente determinista y sigue una secuencia de diseño-una-estructura-una-función”, dijo Tezcan. “En el mejor de los casos, obtienes la estructura y la función diseñadas. Sin embargo, este enfoque no deja mucho espacio para el descubrimiento de nuevos principios de diseño o resultados inesperados que son potencialmente más significativos de lo previsto inicialmente”.

Tezcan y Choi, en cambio, adoptaron un enfoque probabilístico. Inicialmente, su proteína diseñada no fue diseñada para tener una estructura única que se uniera selectivamente a un tipo específico de metal. Crearon un sistema flexible que podía ensamblarse en una variedad de formas para unir diferentes iones metálicos en diferentes geometrías. Fue esta flexibilidad la que los llevó a un resultado que inicialmente no habían previsto.

«Al analizar estos sistemas, vimos que las proteínas se unen a los iones de cobalto y níquel antes que al cobre, que no es el orden natural de las cosas», dijo Choi. “Establecimos una hipótesis y probamos nuevas variantes. Después de un análisis exhaustivo, descubrimos que podíamos diseñar un entorno proteico en el que el cobre fuera desfavorable”.

«Este es un ejemplo de diseñar un camino en lugar de un destino», 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 antes”.

La investigación sobre la unión selectiva de metales y el diseño de proteínas es importante más allá de una mejor comprensión de la base de la vida. También puede sentar las bases para procesos de remediación ambiental más eficientes, por ejemplo, cuando es necesario separar ciertos metales en el 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 se unan selectivamente a los metales o tengan reacciones catalíticas de una manera que la evolución aún no ha inventado?'», dijo Choi. «El hecho de que la biología no lo haga no significa que no se pueda hacer».


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