Supernova
Artículo extraído del periódico La jornada
Lunes en la Ciencia, 19 de junio del 2000
Cuatro mil millones de años en busca de lo óptimo
La evolución de las proteínas
Jalil Saab
Proteína (protos) significa lo primero, lo inicial. Proteo, dios marino de la mitología griega, tenía la capacidad de cambiar de forma cuando quería. Las proteínas son macromoléculas orgánicas formadas por aminoácidos. Toda vida tiene su origen en este principio molecular primigenio y versátil. Desde hace 4 mil millones de años vivimos en la era de las proteínas. Prácticamente todas las funciones que los seres vivos realizan son llevadas a cabo por proteínas (enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y toxinas, etcétera). Existen unas 3 mil proteínas distintas en una bacteria, y cerca de 40 mil en un ser humano.
El proceso evolutivo ha estado presente en todos los aspectos del universo: los simples átomos de hidrógeno se fusionaron para transmutarse en helio, carbón, hierro y los demás elementos químicos; las estrellas y las galaxias también evolucionan; los elementos se combinaron para formar desde moléculas simples hasta complejas macromoléculas; los seres vivos más sencillos dieron lugar a organismos complejos y las aldeas primitivas se convirtieron en megalópolis. Las proteínas también evolucionan.
La función de una proteína está determinada por su estructura estereo-química, es decir, por el arreglo de sus átomos en el espacio. En teoría podría haber infinidad de arreglos posibles, pero uno de los hallazgos recientes más importantes en bioquímica es que solo existen unas pocas estructuras estereo-químicas básicas. Se cree que estas estructuras básicas corresponden a proteínas ancestrales que dieron origen a todas las proteínas actuales. Sería difícil exagerar la importancia de este concepto que da las bases para entender la relación estructura-función de las proteínas, para el diseño de proteínas nuevas, y para estudiar la evolución molecular y biológica en tiempos tan remotos que ningún otro enfoque permitiría.
Como producto del proyecto de investigación doctoral de Katy Juárez López, realizado en el laboratorio del doctor Enrique Morett, del Instituto de Biotecnología de la UNAM, apareció en la revista Proceedings of The National Academy of Science (vol. 97, marzo 28) el artículo "Evolución recíproca de los dominios de un transactivador en un espacio de secuencia restringido". En él, mediante un original proceso artificial de generación de variantes proteicas, se recreó la evolución natural que ha seguido una proteína (NifA) para alcanzar la optimización en su función como "switch" molecular.
En su compleja estructura, una proteína contemporánea cuenta con secciones específicas, llamadas dominios, que conjuntamente proveen la función global de la proteína. Algunos de estos dominios pueden acoplarse, cual engranes de una rueda dentada, a las secuencias de ADN activando sus genes; otros realizan funciones catalíticas o permiten la transferencia de energía, mediante el rompimiento de un enlace fuerte del ATP (adenosin trifosfato). Hasta ahora se daba como un hecho que el acoplamiento de un "switch" molecular como NifA con su ADN debía ser muy preciso para desencadenar reacciones de síntesis (activación), pero las investigaciones realizadas por Katy Juárez con el ADN demuestran la posibilidad de responder a una mutación que afecta la precisión de ensamble, aumentando su función activadora. Alternativamente, un enlace débil con el ADN pudo haber sido seleccionado en respuesta a una desfavorablemente elevada función de activación. Esto nos indica que ha habido procesos de diferenciación estructural y evolutiva de los dominios iniciales. Una proteína puede mantener su capacidad óptima balanceando dinámicamente las actividades de sus diferentes dominios. A este proceso se le denominó "evolución recíproca de dominios".
Lo anterior conlleva a proponer que existe un proceso continuo de mutaciones compensatorias que permite la exploración de un amplio espacio de secuencia, la cual, ocasionalmente, podría resultar en actividades proteicas novedosas. Con estos estudios se tiene la primera evidencia experimental de cómo evolucionan las proteínas por mutaciones compensatorias que desembocan, en última instancia, en el objetivo de la naturaleza por alcanzar lo óptimo y no necesariamente lo máximo.
El autor es jefe de la Unidad de Docencia del Instituto de Biotecnología de la UNAM
jalil@ibt.unam.mx
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