Investigadores de Estados Unidos y Alemania acaban de descubrir una parte de las moléculas de proteínas que antes se pasaba por alto y que podría ser clave para determinar cómo las proteínas interactúan entre sí dentro de las células vivas para llevar a cabo funciones especializadas.

Los investigadores descubrieron pequeños trozos de material molecular, a los que llamaron "complementos", en los bordes exteriores de la interfaz de proteínas que personalizan lo que puede hacer una proteína. Eligieron el nombre porque los complementos personalizan la interfaz entre proteínas de la misma manera que los complementos de software personalizan una interfaz web con un usuario.

Si bien se sabe desde hace mucho tiempo que las proteínas tienen una región de interfaz donde se conectan con otras proteínas, No está claro exactamente cómo las proteínas clave pueden encontrarse entre sí dentro de un entorno celular abarrotado que puede contener decenas de miles de otras proteínas.

Ahora, investigadores de la Universidad Estatal de Ohio y la Universidad de Regensburg informan en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias que son los complementos los que permiten que las proteínas se conecten exclusivamente con el socio dedicado adecuado.

Florian Busch, investigador postdoctoral en química y bioquímica en el estado de Ohio y coautor del estudio, llamó a la existencia de complementos de proteínas "un principio fundamental fundamental previamente desconocido" para garantizar que las proteínas interactúen de maneras específicas.

Los investigadores experimentaron con bacterias vivas, demostrando la importancia de los complementos para las funciones celulares normales. Por ejemplo, determinaron que en el organismo Bacillus subtilis , en el que falta un complemento de interfaz único, las colonias de bacterias crecieron un 80 por ciento menos bajo ciertas condiciones. La razón de esto fue que el complemento de interfaz que faltaba conducía a interacciones cruzadas no saludables de proteínas en el B. subtilis células.

Es difícil exagerar la importancia de las proteínas para la vida tal como la conocemos. Las enzimas son proteínas que permiten reacciones químicas en las células. Los anticuerpos son proteínas que se unen a invasores extraños en el cuerpo. La lista incluye miles de funciones críticas. En la mayoría de los casos, las proteínas tienen que conectarse entre sí y formar grupos llamados complejos de proteínas para realizar tareas tan diversas.

Pero exactamente cómo las proteínas pueden hacer todo lo que hacen es un misterio, uno que tiene sus raíces en las matemáticas y la geometría. Hay 20 aminoácidos conocidos que se unen en cadenas largas y luego se pliegan para formar proteínas. Es el pliegue que determina la forma genérica de una proteína, o geometría. Aunque solo hay alrededor de 1, 000 geometrías de proteínas conocidas en la naturaleza, de alguna manera, las proteínas pueden formar complejos que realizan cientos de miles de funciones muy específicas.

Maximilian Plach, autor principal del artículo y bioquímico de la Universidad de Ratisbona, explicó cómo los investigadores sabían dónde buscar para resolver el misterio.

"Se ha trabajado mucho para analizar cómo las proteínas interactúan entre sí y cómo se ven las interfaces, cómo están construidos, y como evolucionaron, ", dijo." Pero las regiones periféricas de las interfaces no han recibido tanta atención. Creo que la novedad de nuestro enfoque fue analizar las regiones que han sido, todavía, considerado como menos importante ".

El equipo de Ratisbona, dirigido por el biólogo computacional Rainer Merkl y el bioquímico de proteínas Reinhard Sterner, analizó las secuencias de proteínas derivadas de más de 15, 000 genomas de bacterias y arqueas en un gran grupo informático. Clasificaron proteínas que compartían ancestros evolutivos comunes en una especie de árbol genealógico, y comparó proteínas individuales con sus proteínas "parientes". Así es como detectaron las estructuras de interfaz que estaban presentes en algunas proteínas pero faltaban en otras:los complementos.

Busch y Vicki Wysocki, Erudito Eminente de Ohio en Estructura y Función Macromolecular y director del Centro de Instrumentos Químicos del Campus en el estado de Ohio, luego usó espectrometría de masas nativa para detectar cómo la presencia y ausencia de complementos influían en la capacidad de las proteínas para interactuar entre sí.

"Estamos muy contentos de que nuestra tecnología de espectrometría de masas nativa pueda ayudar a identificar el papel de estos 'complementos' de interfaz, una forma de que una proteína encuentre su proteína asociada crítica incluso en un entorno celular abarrotado con estructuras similares presentes, "Dijo Wysocki.

Para Busch, Una de las cosas realmente interesantes del estudio fue el uso de "macrodatos" por parte de los investigadores; en este caso, bases de datos completas de proteínas y genomas.

"Considero que nuestro trabajo es un ejemplo importante de cómo hacer uso de los datos disponibles públicamente para comprender los principios fundamentales de la naturaleza, y creo que la minería de datos será cada vez más importante en el campo biomédico en el futuro, " él dijo.