Una investigación dirigida por Marcelo Guerin, profesor Ikerbasque en CIC bioGUNE, ha demostrado que la eficiencia de una reacción enzimática se ve afectada en gran medida por la entropía conformacional del sustrato que debe encontrarse desordenado en el momento del reconocimiento. El equipo del CIC bioGUNE ha afrontado el reto de analizar proteínas desordenadas mediante el análisis de espectroscopía de fuerza por microscopía de fuerza atómica.
El hallazgo, que ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), propone nuevas rutas para examinar el reconocimiento de sustratos por enzimas y las modificaciones específicas generadas en las proteínas de las células.
Las enzimas desempeñan un papel central en la naturaleza, esencialmente debido a su capacidad para catalizar un gran número de reacciones químicas en todos los organismos vivos. Las enzimas aceleran la velocidad de tales reacciones en más de un millón de veces. De esta manera, reacciones químicas que tomarían años en ausencia de enzimas, pueden ocurrir en fracciones de segundos si son catalizadas por la enzima apropiada.
Reacción proteolítica
Las células contienen miles de enzimas diferentes, y sus actividades determinan cuál de las muchas reacciones químicas posibles tienen lugar dentro de la célula. Tanto los sustratos como las enzimas son entidades dinámicas. El estudio del papel funcional de dichas dinámicas resulta ser un verdadero desafío para entender el proceso de catálisis enzimática.
“Hemos utilizado como modelo una reacción proteolítica, que corresponde a una modificación postraduccional omnipresente en organismos vivos. Para superar el desafío del análisis de proteínas desordenadas, creamos un ensayo en el que la fuerza mecánica activa la reacción enzimática, permitiendo controlar con precisión los cambios energéticos del péptido sustrato desordenado. Finalmente, construimos un modelo energético con detalles atomísticos que predice el impacto de la entropía del sustrato durante el reconocimiento por la enzima. Estos resultados apoyan un mecanismo de reconocimiento del peptide sustrato basado en un modelo de selección conformacional”, señala Marcelo Guerin.
El crecimiento de datos proteómicos impulsa el desarrollo de enfoques sistemáticos para comprender las modificaciones específicas mediadas por enzimas. Esta tarea parece colosal, ya que cada modificación puede depender de una reacción enzimática con especificidad de sustrato y cinética distintas. Por esta razón, el conocimiento de los detalles de estas reacciones es fundamental para dilucidar procesos dependientes del tiempo, como el envejecimiento o los relojes moleculares, un ejemplo recientemente alcanzado y reconocido a través del premio Nobel de Medicina en 2017.
Junto a Marcelo Guerin, en el estudio han participado Guilllaume Stirnemann, investigador de la Universidad de París; Denis Diderot y David Giganti, del King´s College de Londres.
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