Leyendo el último artículo de Daniel, que describe perfectamente el afán de este blog, se me ha ocurrido pensar en algunas "esencias" de la materia viva. Al valorar una cosa tendemos a identificar su esencia con la utilidad del objeto. Muchas veces dicha utilidad no tiene nada que ver con la forma del objeto. Por ejemplo, los jabones pueden tener diferentes tamaños, formas, aromas pero su esencia consiste en estar constituidos básicamente por sales de grasas animales, por lo que cualquiera de ellos nos sirve igualmente para asearnos. Sin embargo, algunas veces esa utilidad está directamente asociada con la forma del objeto. Por ejemplo, los vasos pueden tener diferentes tamaños y decoraciones y estar hechos de cristal o de plástico pero lo esencial es que posean forma cóncava y así puedan ser utilizados para contener una ración de un líquido.
Si extendemos el espectro de los objetos a las biomoléculas que son los ladrillos de construcción de la vida, encontraremos que la utilidad está directamente relacionada con la forma de las moléculas. No existe ninguna materia “lipídica” ni “glucídica” que pueda tener un sentido funcional independiente de la forma que adquiere en las distintas moléculas. Sólo cada tipo de lípido y cada tipo de glúcido, tiene una función asociada, absolutamente ligada a su estructura.
Esto es todavía más evidente en el caso de las proteínas, donde la variedad estructural y funcional es mucho mayor aún. Que sepamos que una proteína está formada por cadenas de aminoácidos no nos sirve de nada a la hora de valorar su importancia funcional. Ni siquiera nos sirve que sepamos la secuencia exacta en la que se disponen los veinte aminoácidos en la cadena (secuencia primaria) y la abundancia de cada uno en ella. La “materia proteica” no tiene ningún sentido independiente de la forma en que se dispone en el espacio. Así que, si hablamos de proteínas, la forma es la esencia.
Hay miles y miles de secuencias primarias. Por ende, hay miles y miles de estructuras tridimensionales de proteínas y, en consecuencia, hay miles y miles de funciones distintas, específicas. Podemos entender cómo la especificidad de estructura tridimensional determina la especificidad de función. Al fin y al cabo, las proteínas se dedican a reconocer conformacionalmente algún ligando determinado para hacer algo con él (transportarlo si la proteína es de transporte de membrana, transformarlo en un producto si la proteína es una enzima, transmitir el contenido de su información si la proteína es un receptor de membrana, etc).
Lo llamativo es que no sabemos cómo la especificidad de la secuencia primaria determina la especificidad de la estructura terciaria o tridimensional. La biología ortodoxa simplemente afirma que una determina a la otra y punto, pero no cómo lo hace. ¿Cómo “saben” las proteínas cómo deben plegarse en el espacio con tanta exactitud habiendo miles de formas distintas de hacerlo? En el caso de las proteínas que, aparentemente, se pliegan solas, de forma espontánea, luego de formarse la cadena primaria, ¿adquieren siempre la forma energéticamente más probable? Parece difícil teniendo en cuenta las complicadísimas disposiciones que suelen adoptar. Y en el caso de las más grandes, las que requieren ayuda de otras proteínas, las chaperonas, ¿son las chaperonas las que “saben” cómo deben plegar a las que nacen? ¿Y cómo lo saben? ¿Quién se los enseña?
Si extendemos el espectro de los objetos a las biomoléculas que son los ladrillos de construcción de la vida, encontraremos que la utilidad está directamente relacionada con la forma de las moléculas. No existe ninguna materia “lipídica” ni “glucídica” que pueda tener un sentido funcional independiente de la forma que adquiere en las distintas moléculas. Sólo cada tipo de lípido y cada tipo de glúcido, tiene una función asociada, absolutamente ligada a su estructura.
Esto es todavía más evidente en el caso de las proteínas, donde la variedad estructural y funcional es mucho mayor aún. Que sepamos que una proteína está formada por cadenas de aminoácidos no nos sirve de nada a la hora de valorar su importancia funcional. Ni siquiera nos sirve que sepamos la secuencia exacta en la que se disponen los veinte aminoácidos en la cadena (secuencia primaria) y la abundancia de cada uno en ella. La “materia proteica” no tiene ningún sentido independiente de la forma en que se dispone en el espacio. Así que, si hablamos de proteínas, la forma es la esencia.
Hay miles y miles de secuencias primarias. Por ende, hay miles y miles de estructuras tridimensionales de proteínas y, en consecuencia, hay miles y miles de funciones distintas, específicas. Podemos entender cómo la especificidad de estructura tridimensional determina la especificidad de función. Al fin y al cabo, las proteínas se dedican a reconocer conformacionalmente algún ligando determinado para hacer algo con él (transportarlo si la proteína es de transporte de membrana, transformarlo en un producto si la proteína es una enzima, transmitir el contenido de su información si la proteína es un receptor de membrana, etc).
Lo llamativo es que no sabemos cómo la especificidad de la secuencia primaria determina la especificidad de la estructura terciaria o tridimensional. La biología ortodoxa simplemente afirma que una determina a la otra y punto, pero no cómo lo hace. ¿Cómo “saben” las proteínas cómo deben plegarse en el espacio con tanta exactitud habiendo miles de formas distintas de hacerlo? En el caso de las proteínas que, aparentemente, se pliegan solas, de forma espontánea, luego de formarse la cadena primaria, ¿adquieren siempre la forma energéticamente más probable? Parece difícil teniendo en cuenta las complicadísimas disposiciones que suelen adoptar. Y en el caso de las más grandes, las que requieren ayuda de otras proteínas, las chaperonas, ¿son las chaperonas las que “saben” cómo deben plegar a las que nacen? ¿Y cómo lo saben? ¿Quién se los enseña?
Conocemos un código genético que traduce las “palabras” escritas en el lenguaje de nucleótidos de ADN y de ARN a las “palabras” escritas en el “lenguaje” aminoacídico de la estructura primaria de las proteínas. Pero, ¿dónde está el código que traduzca “secuencia de aminoácidos” a “forma de proteína”? ¿Menuda pregunta, verdad?
Copyright Mirta Grimaldi. Derechos reservados.
Fuente de la ilustración (proteína de un profago integrado en el genoma de Bacillus cereus):
5 comentarios:
No se mucho de bioquímica, pero pensaba que la estructura secundaria se va adquiriendo según se sintetiza la cadena polipeptídica por los plegamientos espontáneos debidos a las diferencias de carga de los aminoácidos. Por eso, tengo entendido, una proteina sintetizada siempre se pliega en una estructura secundaria fija y por eso se dice que la estructura secundaria está implícita en la primaria, dado que el cómo se realizan los plegamientos depende de cual es la secuencia de aminoácidos y, por lo tanto, la secuencia de cargas.
También pensaba que la desnaturalización de la proteína ya formada no era reversible precisamente porque el plegado ya no se puede realizar secuencialmente (según va siendo sintetizada).
Sin embargo, ya le digo que la bioquímica no es mi especialidad, puedo estar equivocado.
Saludos.
Es cierto que las estructuras de nivel secundario como la hélice alfa y la hoja plegada beta son bastante repetitivas, de manera que podrían formarse espontáneamente, pero la cuestión es que, en proteínas globulares sólo pequeños tramos adquieren este nivel de estructura (y a veces ninguno). La mayor parte de la cadena peptídica de las proteínas globulares se pliega de una manera tan irregular que nos parece al azar, aunque evidentemente no lo es, porque todas las proteínas con la misma secuencia se pliegan igual. Este nivel de estructura terciaria no se ha podido explicar por la simple adquisición de la mayor estabilidad química. Y ahí reside el misterio.
En cuanto a la razón por la cual la desnaturalización es irreversible no la conocemos, aunque es posible lo que usted dice. De todas maneras, tenga en cuenta que las chaperonas pueden intentar reparar a las proteínas ya sintetizadas cuando se despliegan parcialmente, por ejemplo por un choque térmico. Sin embargo la mayor parte de las veces estos intentos no son exitosos y las proteínas dañadas son destinadas a la destrucción.
Agradezco su comentario que me ha servido para aclarar algunos puntos. Mirta
Hola de nuevo,
Gracias por su respuesta.
Si, eso pensaba, que la conformación de la estructura terciaria es más desconocida, pero que el hecho de que algunas proteínas pequeñas se desnaturalizan reversiblemente, perdiendo su estructura terciaria y volvíendola a recuperar en ciertas condiciones, apoyaba la idea de la determinación por la estructura primarial.
Creo recordar, además que dependiendo de la hidrofobicidad del medio, otras proteínas, sin embargo, podían "renaturalizarse" en estructuras terciarias diferentes, lo que vendría a sumar el medio en el que son formadas con la estructura primaria, para la adquisición de la secundaria y terciaria.
Perdón por el rollo, que además le estoy hablando muy de memoria...
Saludos.
Cierto que la lisozima, una proteína muy pequeña, ha podido renaturalizarse luego de ser sometida a una baja concentración de urea IN VITRO, y de dializarla de manera de extraer dicha urea. Pero es un ejemplo puntual que muchas veces se pretendió generalizar a todas las proteínas y aplicar sin evidencia empírica a las condiciones internas de la célula.
En cuanto a la influencia de las condiciones del medio en el plegamiento, como el medio donde ocurre el plegamiento de todas las proteínas es el mismo para todas (el lumen del retículo endoplasmático) , su influencia, si la hay, sería la misma para las miles de proteínas que se sintetizan intracelularmente, por lo cual no podría explicar las enormes diferencias en conformación espacial que observamos entre ellas.
Saludos, Mirta
Si, precisamente decía eso: que si no cambia el medio, se pliega igual, si cambian las condiciones del medio, puede variar.
Por eso, en el medio intracelular, con las mismas condiciones químico-físicas, con una secuencia concreta de aminoácidos y su síntesis secuencial, el plegamiento secundario y terciario sería siempre similar, consecuencia de esa secuencia o estructura primaria.
Eso es lo que le digo que tenía entendido.
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