Proteínas de transporte

NOTICIAS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGIA
Vol. I, No. 159
Miércoles, 13 de Agosto de 2003

-ESTRUCTURA DE UNA PROTEINA IMPORTANTE: Un trabajo de 12 años ha dado sus
frutos. Los investigadores están desvelando las primeras imágenes
estructurales detalladas de un tipo de proteína que funciona de una forma
generalmente similar a la de la proteína diana del Prozac y del Prilosec,
dos de las drogas más prescritas del mundo.

La proteína pertenece a una clase de moléculas llamadas proteínas de
transporte de membrana, cuyo principal trabajo es el de mover moléculas tan
diversas como nutrientes y neurotransmisores a través de la membrana
celular. Las proteínas de transporte de membrana desempeñan una función tan
vital en la célula que se piensa que la existencia de problemas en las
mismas genera numerosas enfermedades, como depresión, apoplejía y diabetes.

En un artículo publicado en el número del 1 de agosto de 2003 de la
revista Science, un equipo de investigación conducido por el investigador
del Instituto Médico Howard Hughes, H. Ronald Kaback, de la Universidad de
California, en Los Ángeles, So Iwata y Jeff Abramson, de la Universidad
Imperial de Londres, informa que ha resuelto la estructura tridimensional
de una proteína de transporte de membrana bacteriana llamada lactosa
permeasa (LacY). Esta proteína es la representante más estudiada de la
“superfamilia facilitadora principal” de proteínas de transporte de
membrana, dijo Kaback. LacY utiliza la energía de un gradiente de protones
electroquímico para producir la acumulación de la lactosa, un azúcar, a
través de la membrana celular.

En sus estudios, los investigadores intentaron crear cristales con la
proteína LacY para analizarlos utilizando cristalografía de rayos X.
Mediante esta técnica analítica ampliamente utilizada, se emiten rayos X a
través de los cristales purificados de una proteína. Se deduce la
estructura tridimensional de la proteína cristalizada mediante el análisis
del patrón de difracción de rayos X causado por los átomos de la proteína.

Kaback dijo que él y sus colegas pasaron varios años de frustraciones
intentando cristalizar la proteína LacY normal o “de tipo salvaje” -proceso
increíblemente difícil debido a la complejidad y a la naturaleza “blanda”
de la molécula-. Mientras tanto, experimentos minuciosos mediante los
cuales estudiaron los efectos de mutaciones sutiles en la proteína
proporcionaron considerable evidencia indirecta sobre la forma en la que la
proteína de transporte podía funcionar. Pero los investigadores sabían que
sólo una estructura tridimensional produciría evidencia concluyente sobre
la forma en la que la proteína funcionaba para “cotransportar” protones y
lactosa.

Finalmente, los investigadores identificaron una proteína mutante
particularmente intrigante, en la que un aminoácido había sido alterado.
Esta mutante une azúcares de tipo lactosa, pero no puede transportarlos.

“Después de doce años, comencé a pensar que si esta mutante une y no
transporta, debería estar favoreciendo una conformación, que hace que no se
pueda mover tanto”, dijo Kaback. Por lo tanto, él y sus colegas pensaron
que la proteína mutante podría ser, en realidad, lo suficientemente estable
como para poder ser cristalizada.

En efecto, Abramson logró cristalizar la proteína mutante, permitiendo al
laboratorio de Iwata iniciar la labor de obtener una estructura tridimensional.

El resultado, dijo Kaback, fue muy importante para comprender la forma en
la que funciona la proteína. “Necesitábamos esa estructura”, dijo. “Sin la
estructura no se puede obtener el mecanismo, aunque teníamos una idea
aproximada de cómo era su aspecto”.

Kaback dijo que la estructura resultante confirmó una cantidad
sorprendente de información que había sido obtenida a partir de estudios
indirectos anteriores de la estructura y de la función de la proteína. “Es
sorprendente cuanta información resultó ser correcta”, dijo. “La parte de
unión y translocación de protones es casi correcta. Considero que éste es
un maravilloso ejemplo de cómo uno puede beneficiarse de un comportamiento
obsesivo compulsivo y de pura suerte de principiantes”.

La estructura reveló que LacY consiste en una serie de estructuras
helicoidales irregulares que pasan a través de la membrana celular y anclan
la proteína. “Lo más sorprendente es la irregularidad de las hélices”, dijo
Kaback. “El dogma anterior establecía que las hélices transmembrana tenían
que ser cuerpos rígidos y perpendiculares al plano de la membrana. Pero
observamos que las hélices estaban arqueadas y que tenían forma de s, y que
estaban partidas”.

A Kaback también le sorprendió la existencia de una gran cavidad llena de
agua en el centro de LacY, que mira hacia el interior de la célula, y la
simetría inesperada en los dos grupos de seis segmentos proteicos
helicoidales que perforan la membrana.

Lo que es más importante, dijo Kaback, es que la estructura de LacY
sugiere la forma en la que los aminoácidos de la proteína unen al azúcar y
a un protón y los escoltan a través de la membrana. El proceso involucra
una coreografía intrincada de interacciones en las cuales los aminoácidos
que participan realizan sus funciones precisas, mientras que la cavidad
llena de agua de la proteína cambia de una conformación que mira hacia el
exterior a una que mira hacia el interior. Y finalmente, después de que se
ha completado el transporte a través de la membrana, la proteína vuelve a
su estado “inicial”, lista para el siguiente transporte.

Según Kaback, la resolución de la estructura de LacY es un logro que
probablemente tendrá repercusiones importantes para una amplia gama de
estudios de proteínas de transporte de membrana. “Lo más importante de esta
estructura es que hemos demostrado que se puede lograr, dado que durante
largo tiempo muchos han temido intentar descifrar la estructura de estas
proteínas”, dijo.

“Pienso que esto representa un cambio de paradigma en el campo, porque
estas proteínas son increíblemente importantes. El treinta por ciento del
genoma codifica para las proteínas de membrana, la mayoría de las cuales
son proteínas de transporte. Y creo que se puede esperar que en veinte años
todas las proteínas solubles que puedan ser cristalizadas, lo serán”. (HHMI)

Información adicional en:
http://www.hhmi.org/news/kaback-esp.html
http://www.hhmi.org/research/investigators/kaback.html