Lisozima la primera entre las enzimas en desnudarse

Cómo es el esqueleto de un enzima, qué teclas mueve para acelerar los procesos vitales, cómo se llevan a cabo las reacciones en su interior. Qué tipo de fuerza interior promueve la vida y la muerte de las bacteria. Estas y otras muchas cuestiones se pudieron ver con más claridad en 1965 gracias la lisozima y al grupo de personas que logró mostrarnos sus costuras y entrañas. Era ya, una enzima famosa capaz de destrozar las moléculas que conforman la pared de las bacterias y hacerlas naufragar.

Tras la resolución de la mioglobina y de la hemoglobina por Kendrew y Perutz, en 1960 un equipo dirigido por el gran Lawrence Bragg y David. C Philips en la Royal Institution comenzó la hazaña de resolver esta pequeña enzima de 123 aminoácidos de longitud (unos 1950 átomos), que poseía dentro de sí muchos de los enigmas que las proteínas guardaban. El desafío fue posible cuando lograron obtener cristalitos de esta enzima unidos a varios átomos pesados. Se necesita ‘fotografiar’ la molécula en compañía de varios de estos para poder obtener suficiente información que permita resolver la estructura.

Tras dos años, de intenso trabajo, en 1962 se obtuvo una imagen de la forma general con ayuda del nuevo computador instalado en Cambridge. Era como una fotografía desenfocada pero que hacía reconocible de la figura de la lisozima.

De hecho, el mismo Wlliam Lawrence bragg, el que inventó la resolución de estructuras cristalinas sencillas mediante difracción de rayos X, fue el encargado de dibujar la estructura de la enzima a partir de los datos de difracción.

En 1965 cuando se perfeccionaron los métodos de obtención de datos y de cálculo, con más de 10,000 máximos se obtuvo a una resolución más fina de 2 Å. Casi se podían ver los átomos individuales.

Lysozyme secondary structure N acetylmuramide glycanhydrolase glycoside hydrolases catalyzing hydrolysis 1,4-beta linkages

Estructura secundaria y terciaria de la lisozima. Fue la primera enzima y la segunda proteína resuelta en resolución atómica. Louise Johnson y David C. Phillips determinaron su estructura unida a N-acetil-glucosamina. En la figura podemos apreciar los componentes habituales de la estructura secundaria como hélices alfa, con 3,6 aminoácidos por vuelta (naranja) y las láminas beta (amarillo) unidas mediante giros beta y estructura desordenada. Además de otras estructuras menos comunes como hélices 3-10 (verde), con tres aminoácidos por vuelta más estrechas que las alfa y helices Pi (rojo), más anchas. La lisozima componente fundamental de la pared bacteriana. Muchos fluidos corporales como lágrimas o mocos presentan esta enzima como elemento bactericida. Credito: 3Dciencia

Pudimos ver por primera vez la estructura en lámina beta que habían imaginado antes Pauling y Corey (representado como flechas paralelas). Es un trozo cadena de aminoácidos unida por puentes de hidrógeno a otra cadena que corre paralela. La lisozima al ser resuelta con una precisión de 2 Å (menor de 4 Å) podía revelar este tipo de estructura hipotética.

Además, se pudo apreciar la existencia de las hélices 3-10, predichas en 1950 por Bragg, Kendrew y Perutz alternativas a las hélices alfa de Pauling. En estas hélices hay 3 aminoácidos por vuelta en lugar de los 3,6 de la alfa más habituales. Otra característica molecular que se pudo ver fueron los puentes disulfuro que mantienen la estructura tridimensional más estable.

Posteriormente parte del grupo de la Royal Institution resolvió la estructura con un análogo de sustrato, el verdadero es la N-acetil-glocosamina un azúcar presente en las paredes bacterianas. Y pudimos entrever como se acomoda la cadena de azucares en una hendidura de la enzima y que aminoácidos participan en la catálisis de la rotura del enlace glicosídico (1-4 beta). La biología estructural estaba cristalizando y cobrando vida ¡y de que forma!

El equipo que resolvió la lisozima: Don A. Koenig,Colin C.F. Blake, Louise N. Johnson, Tony C. North, y Raghu Sarma. Faltan David C. Phillips y Lawrence Bragg. Crédito de la imagen: desconocido

El equipo que resolvió la lisozima: Don A. Koenig,Colin C.F. Blake, Louise N. Johnson, Tony C. North, y Raghu Sarma. Faltan David C. Phillips y Lawrence Bragg. Crédito de la imagen: desconocido

Esta entrada es un homenaje a este grupo de personas que lograron dilucidar la estructura de la lisozima en el Año Internacional de la Cristaografía 2014.

Esta entrada Participa en el II Festival de la Cristalografía que organiza Experientia docet

Esta entrada Participa en el XXVIII Edición del Carnaval de Biología que organiza Vida y Estrellas (Divulgación Científica)

REFERENCIAS

Mecanismo catalítico de la lisozima grupo Metabolismo y energético y nutrición UIB. Perfectamente explicado.

1950 “Polypeptide chain configurations in crystalline proteins” Proc Roy A 203, p321.

The three-dimensional structure of an enzyme molecule. David C. Phillips. Scientific American November 1966.

Structure of hen egg-white lysozyme. A three-dimensional Fourier synthesis at 2 Angstrom resolution. Blake CC, Koenig DF, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR. Nature. 1965 May 22;206(4986):757-61.

Structure of some crystalline lysozyme-inhibitor complexes determined by X-ray analysis at 6 Angstrom resolution. Johnson LN, Phillips DC. Nature. 1965 May 22;206(4986):761-3.

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