Desde las nieves perpetuas hasta las calderas volcánicas submarinas, los seres vivos hemos encontrado la manera de colonizar ambientes con temperaturas que los humanos consideramos inhóspitas. A los organismos que comparten ambientes con nosotros los llamamos mesófilos, porque les gustan las temperaturas cercanas a los 25°C. Sin importar dónde vivimos, los seres vivos compartimos muchas de las moléculas de la que estamos hechos. Las proteínas encargadas de funciones esenciales, como el digerir azúcar, están presentes en organismos tan distintos como una levadura y nosotros, lo que nos hace sospechar que fueron heredadas de un ancestro común hace miles de millones de años. Recordemos que las proteínas son cadenas de aminoácidos, que son moléculas pequeñas con un grupo químico llamado amino y otro grupo químico llamado carboxilato.

Algo interesante de estos grupos químicos es que es fácil juntar un grupo amino de una molécula y un grupo carboxilato de otra para formar un enlace, y así se construye la cadena. Imagínense un collar de cuentas de colores con veinte tipos diferentes de cuentas. La secuencia o el orden en el que se arma la cadena es lo que identifica a la proteína: no es lo mismo decir ACABO que CAOBA, a pesar de que son las mismas letras en las dos cadenas. Esta secuencia determina la forma tridimensional o plegado que tendrá la proteína, y esta forma está íntimamente ligada a la función.
Cuando decimos que una proteína sirve para una función, como podría ser el convertir una molécula tóxica en una que no hace daño, estamos en realidad hablando de una colección de cadenas de aminoácidos que se pueden plegar en el espacio para llevar a cabo la misma función. Si examinamos la secuencia de aminoácidos de una proteína encargada de una función particular (digamos unirse al calcio para darle resistencia a los dientes) en muchos organismos, lo que veremos es que las secuencias se parecen, pero no son idénticas. Cada organismo mantiene lo indispensable para plegarse de forma correcta y poder seguir cumpliendo con su función, pero cambia las posiciones no indispensables. Son éstas las que reflejan la adaptación al ambiente particular del organismo. Un detalle más a considerar es que para funcionar, las proteínas se tienen que mover. Algunas parecen almejas, por ejemplo, abriendo y cerrando una cavidad en la que realizan una reacción química particular. Por lo tanto, otra de las cualidades que están contenidas en la secuencia de aminoácidos de una proteína es la capacidad de moverse adecuadamente para cumplir con su función.
A nivel molecular, la temperatura está directamente ligada a la velocidad con la que se mueven los átomos: a mayor temperatura, mayor velocidad.

¿Qué le pasa a una proteína si la calentamos?

Cualquiera que haya cocinado un huevo lo sabe: las proteínas pierden su estructura o plegado con el calor, y sus propiedades cambian drásticamente. A nivel molecular lo que ocurre es que el aumento en movimiento provocado por la temperatura alta lleva a que se pierda la estructura o plegado, porque las interacciones favorables entre los aminoácidos que estabilizaban la estructura, ya no pueden competir contra la cantidad de movimiento. Imaginen un juguete con muchas piezas al que agitan cada vez con más fuerza; llegará un momento en el que el juguete dejará de servir porque perdió su “estructura”. Entonces, tenemos que las proteínas son unas maestras del balance: en su secuencia de aminoácidos tienen la información para llegar a una estructura que se mueve de manera óptima a la temperatura favorita del organismo en el que reside. Demasiado calor, y la proteína se deshace. Mucho frío, y la proteína no se mueve lo suficiente para realizar su función.

ESENCIAL PARA LA VIDA

¿Cómo se logra ese balance? Esa es la pregunta que se está contestando en el laboratorio en la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos. En su trabajo de maestría, José Ángel Santiago Terrones estudia una proteína llamada TBP, proveniente de 10 organismos, cuyas temperaturas favoritas van desde los 10 hasta los 110°C. Esta proteína marca el inicio de los genes en el ADN, y por lo tanto, es esencial para la vida. El ADN es la molécula de la herencia, la que lleva en su estructura química las instrucciones para hacer un organismo. Estas instrucciones son los genes, y los podemos imaginar como paquetes de información. Al principio de cada paquete hay una señal de inicio, y ese es el lugar al que se une TBP. Si TBP no se une, ese paquete no se lee, y tendríamos un organismo defectuoso. Para estudiar la relación entre la secuencia de aminoácidos de estas 10 TBPs y su resistencia a la temperatura, se hacen modelos de la estructura de la proteína, se rodean de moléculas de agua y sal, y se simula su movimiento a 5 temperaturas diferentes, desde 0 hasta 100°C. Estas simulaciones usan la técnica de dinámica molecular. ¿Se acuerdan de la segunda ley de Newton, la que dice que si empujo con una fuerza a un cuerpo, lo acelero? La dinámica molecular calcula las fuerzas que empujan a cada átomo de las moléculas, y los hace moverse en respuesta a esta fuerza. Como tenemos alrededor de 20 mil átomos en las simulaciones que hace José Ángel, se utilizan supercomputadoras en la Facultad de Ciencias y en el Centro Nacional de Supercómputo en el IPICyT (San Luis Potosí) para llevarlas a cabo. El producto de las simulaciones es una colección de medio millón de fotos de cada proteína a cada temperatura. De estas fotos, contamos todos los tipos de interacciones que se dan entre los aminoácidos de cada proteína, y vemos los que aumentan y los que disminuyen con la temperatura.

Entre las cosas simpáticas que se han encontrado, está que al aumentar la temperatura aumenta también un tipo de interacción llamada puente salino, que es lo que ocurre cuando un aminoácido con carga positiva se localiza frente a uno con carga negativa. Resulta que a temperatura baja las moléculas de agua son muy buenas para apantallar cargas haciendo que se “sientan” menos entre sí, “disolviéndolas” como cuando uno agrega una pizca de sal de mesa al agua. Conforme aumenta la temperatura, las moléculas de agua se mueven tanto que ya no rodean bien a las cargas, llevando a que las cargas de signo opuesto ancladas en la proteína se atraigan con más fuerza. Las TBPs de organismos termófilos (a los que les gustan las temperaturas altas) tienen muchos aminoácidos cargados, y los tienen dispuestos en su estructura de manera que amarran a la proteína con más eficiencia conforme más sube la temperatura.

Entender cómo balancean las proteínas su necesidad de moverse con la de ser estables es de interés básico y también aplicado. Por ejemplo, en la industria de los detergentes es llamativo contar con proteínas que digieren grasas a las temperaturas altas a las que es más fácil disolverlas. Si bien es posible buscar a un organismo termófilo que tenga esta proteína, entendiendo las reglas del juego se puede hacer ingeniería de proteínas para estabilizar la de un organismo mesófilo, amigable con el laboratorio.

ºDra. Carmen Nina Pastor Colón / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.,
Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma del Estado de
Morelos