El movimiento de las proteinas

La espectroscopía de RMN arroja luz sobre la compleja dinámica de las proteínas. Revela una estrecha relación entre la flexibilidad molecular y la función biológica Oscar Millet

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CONCEPTOS BASICOS
Las proteínas son entidades flexibles, movilidad a menudo ligada a la función celular. La resonancia magnética nuclear permite estudiar, con resolución atómica, la dinámica de las proteínas yobservar fenómenos moleculares que tienen lugar en múltiples escalas de tiempo. La comprensión de los fenómenos dinámicos en las proteínas reviste interés para el desarrollo de fármacos.

a biología estructural, una de las ramas biol más dinámicas de la biología contempod ránea, se ocupa del estudio de los procesos celulares a nivel molecular. La unidad fundamental de investigación son lasmacromoléculas, las proteínas sobre todo. Buena parte de la exquisita precisión con que operan las proteínas y enzimas se debe a su plasticidad. Sin embargo, el estudio del movimiento proteínico entraña una notable dificultad. Su relación con la función biológica se encuentra a menudo enmascarada por otros factores. La resonancia magnética nuclear (RMN) resulta idónea para analizar la movilidad de lasbiomoléculas; se aplica a la “observación” de fenómenos moleculares que tienen lugar en múltiples escalas de tiempo. Los fundamentos teóricos del estudio de la movilidad conformacional por RMN se conocen desde hace decenios, pero ha sido la reciente introducción de métodos experimentales junto con notables desarrollos técnicos en instrumentación los que han permitido obtener, con resolución atómica,información cualitativa y cuantitativa de proce-

sos dinámicos. Aquí describimos uno de esos métodos, el estudio por RMN del intercambio químico conformacional. A través de ejemplos seleccionados ahondaremos en la capacidad de las técnicas de RMN para obtener información de los procesos celulares.

Plegamientos y reorientaciones
Las proteínas son biopolímeros, constituidos por concatenación deaminoácidos. A partir de veinte aminoácidos se forman, mediante enlaces amida, múltiples combinaciones. Todos los seres vivos (virus incluidos) contienen proteínas; del funcionamiento de éstas y de su adecuada integración en el medio celular depende la subsistencia del organismo. Proteínas son las enzimas que catalizan las reacciones químicas en un organismo, los receptores que detectanespecíficamente determinados metabolitos o agentes patógenos, y los canales transmembrana que regulan los gradientes de concentración de iones y otras sustancias a ambos lados de la pared celular. Las proteínas ejercen también
INVESTIGACION Y CIENCIA, abril, 2009

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funciones estructurales en células y tejidos. Se encargan de la regulación de los procesos metabólicos y de la transducción de señal en elorganismo. ¿A qué se deben la diversidad y la precisión con que estos biopolímeros desarrollan sus funciones? Por una parte, cada uno de los veinte aminoácidos constituyentes (monómeros) presenta características fisicoquímicas singulares, que confieren a cada proteína una reactividad específica. La secuencia aminoacídica (estructura primaria) define las propiedades de la proteína. Las proteínas adoptanespontáneamente una conformación tridimensional (estructura terciaria) que tiene por misión orientar en el espacio a los aminoácidos de interés funcional. Para ejercer tal abanico de funciones, las proteínas requieren una flexibilidad conformacional notable. Hace medio siglo, tras las primeras determinaciones de estructuras tridimensionales de proteínas, mediante cristalografía de rayos X, seplanteó la posibilidad de que en las proteínas se desarrollaran fenómenos de dinámica conformacional. La confirmación de la hipótesis llegaría, años más tarde, con los experimentos de RMN, cuando Gerhard Wagner y Kurt Wütrich, del Instituto Politécnico Federal Suizo en Zúrich, observaron movimientos de rotación en los
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residuos aromáticos del núcleo...