Ligeras variaciones mutacionales, cambios abruptos en proteínas.

Escalones en la evolución y cambios abruptos

¿Pueden pequeños cambios mutacionales provocar un salto abrupto y funcional? Esta es una discusión recurrente en evolución, funciona está gradualmente o se estanca y da grandes saltos cualitativos, y vuelve a estancarse. A nivel molecular, parece ser que sí se pueden dar apariciones súbitas de nuevas formas y funciones (mediante cambios graduales), aunque no sabemos si muy probables. Un grupo de investigadores en biotecnología ha logrado convertir la estructura de una proteína funcional, en otra, con diferente estructura y función, cambiando un solo aminoácido de la secuencia. Es como cambiar un trozo de montaña rusa y provocar la aparición de otro recorrido, distinto, pero listo para otra atracción.

Cada proteína tiene una secuencia característica que determina junto con su entorno, el plegamiento tridimensional que va a adoptar. De su forma, composición y disposición electrostática dependerá también su función última.

Los investigadores Philip N. Bryan y su equipo demuestran que plegamiento y función pueden ser intercambiadas mediante una serie de pasos mutacionales en los que nunca perdemos función y en las que el estado desplegado no está significativamente poblado. En última instancia la transformación puede producirse mediante la sustitución de un solo aminoácido. El cambio se logró a pesar de las restricciones comunes en los intentos de la ingeniería de proteínas.

Cambio de plegamiento proteico

Mecanismo interruptor. Formas alternativas de los aminoácidos pertenecientes al segmento N-terminal (naranja) y C-terminal (azul) de la proteína de ingeniería. El aminoácido crítico que permite el salto de conformación se muestra en rojo. También se muestra en empaquetamiento hidrofóbico de los aminoácidos N y C terminales en el núcleo de ambas plegamientos.

Es interesante ver que han conseguido que se pueda pasar de una conformación de estructura con 4 hojas beta antiparalelas y una hélice alfa, a otra completamente diferente que predominantemente está compuesta por tres hélices alfa, mediante la sustitución en la secuencia de un único aminoácido. Además, la primera estructura se une a IgG y la segunda posee una función diferente, se une a la albúmina.

En la naturaleza se dan casos interesantes de este tipo de cambios conformacionales como los de proteínas virales como la hemaglutinina del virus de la gripe tras la interacción con la célula hospedadora, o el de los conocidos priones que pasan de un plegamiento ‘normal’ a otro distinto llamado infeccioso.

El trabajo tiene un poco mas de enjundia, parten de dos proteínas de una bacteria cada una con su secuencia estructura y función. En primer lugar logran obtener mediante ingeniería genética variando la secuencia de las dos proteínas una homología de secuencia del 77% (las proteínas son similares en este porcentaje) manteniendo función y estabilidad. Una vez logrado esto se plantean llegar a una secuencia lo mas parecida posible a través de mutaciones que resulten ser estables, obteniendo así el camino o senda mutacional entre la una y la otra. Podría parecer algo artificial, pero demuestra ‘sorprendentemente’ que es posible este tipo de variaciones e incluso probable que la evolución pueda experimentar en este adyacente posible en su búsqueda de novedad adaptativa.

Los autores del artículo publicado en PNAS sugieren que la naturaleza explorará el espacio de secuencias cuando no le esté penalizado, esto es, la naturaleza seguirá cualquier camino funcional buscando, que para eso tiene tiempo, si esto no merma la capacidad proliferativa de los organimos.

Es como el paso de los días normalmente no ocurre gran cosa pero algunas veces se cambia de año. Feliz año 2010 esperemos que lleno de ciencia viva y novedades intelectuales.

Referencias:

A minimal sequence code for switching protein structure and function. Patrick A. Alexander, Yanan He, Yihong Chen, John Orban, and Philip N. Bryan.

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