Las proteínas son esenciales para todas las células vivas y responsables de muchos procesos fundamentales. En particular, son necesarios como biocatalizadores en el metabolismo y para la señalización dentro de la célula y entre las células. Muchas enfermedades surgen como resultado de fallas en esta comunicación, y los orígenes de la señalización en proteínas han sido una fuente de gran debate científico. Ahora, por primera vez, un equipo de investigadores de la Universidad de Göttingen ha observado los protones móviles que hacen este trabajo en todas y cada una de las células vivas, proporcionando así nuevos conocimientos sobre los mecanismos. Los resultados fueron publicados en Naturaleza .

Investigadores de la Universidad de Göttingen dirigidos por los profesores Kai Tittmann y Ricardo Mata encontraron una manera de cultivar cristales de proteína de alta calidad de una proteína humana. El acelerador de partículas DESY en Hamburgo hizo posible observar protones (partículas subatómicas con carga positiva) moviéndose dentro de la proteína. Esta sorprendente "danza de los protones" mostró cómo las secciones distantes de la proteína podían comunicarse instantáneamente entre sí, como la electricidad que baja por un cable.

Además, El grupo de Tittmann obtuvo datos de alta resolución para varias otras proteínas, mostrando con un detalle sin precedentes la estructura de una especie de enlace de hidrógeno donde dos átomos más pesados ​​comparten efectivamente un protón (conocido como "enlace de hidrógeno de barrera baja"). Esta fue la segunda sorpresa:los datos demostraron que el enlace de hidrógeno de barrera baja de hecho existe en proteínas que resuelven una controversia de décadas. y de hecho juega un papel fundamental en el proceso.

"Los movimientos de los protones que observamos se parecen mucho al juguete conocido como cuna de Newton, en el que la energía se transporta instantáneamente a lo largo de una cadena de bolas metálicas suspendidas. En proteínas, estos protones móviles pueden conectar inmediatamente otras partes de la proteína, "explicó Tittmann, quien también es miembro de Max Planck en el Instituto Max Planck de Química Biofísica en Göttingen. El proceso se simuló con la ayuda de cálculos químicos cuánticos en el laboratorio del profesor Mata. Estos cálculos proporcionaron un nuevo modelo para el mecanismo de comunicación de los protones. "Sabemos desde hace bastante tiempo que los protones pueden moverse de forma concertada, como en el agua por ejemplo. Ahora parece que las proteínas han evolucionado de tal manera que realmente pueden usar estos protones para la señalización ".

Los investigadores creen que este avance puede conducir a una mejor comprensión de la química de la vida, mejorar la comprensión de los mecanismos de la enfermedad y dar lugar a nuevos medicamentos. Este avance debería permitir el desarrollo de proteínas intercambiables que se puedan adaptar a una multitud de aplicaciones potenciales en medicina, biotecnología y química ecológica.