La estructura de las enzimas determina cómo controlan procesos vitales como la digestión o la respuesta inmune. Esto se debe a que los compuestos proteicos no son rígidos, pero pueden cambiar su forma a través de "bisagras" móviles. La forma de las enzimas puede depender de si su estructura se mide en el tubo de ensayo o en la célula viva. Esto es lo que descubrieron los fisicoquímicos de la Universidad de Bonn sobre YopO, una enzima del patógeno de la peste. Este resultado fundamental, que ahora se ha publicado en la revista Angewandte Chemie , potencialmente también es de interés para la investigación de medicamentos.

Todas las células vivas contienen proteínas, que son esenciales para el mantenimiento de las funciones corporales. Las proteínas consisten principalmente en aminoácidos y, como catalizadores (enzimas), permitir reacciones bioquímicas que de otro modo no tendrían lugar. Las enzimas controlan, por ejemplo, la digestión y el sistema inmunológico. "El tipo de reacciones bioquímicas y cómo ocurren depende de la estructura de las proteínas, "dice el Prof. Dr. Olav Schiemann del Instituto de Química Física y Teórica de la Universidad de Bonn. Las proteínas no son rígidas, pero pueden cambiar su forma a través de "bisagras" móviles. Esta interacción entre estructura y dinámica determina lo que sucede. La enzima y la sustancia a transformar deben encajar como una llave y un candado para catalizar un proceso específico.

YopO está anclado en la membrana y, por lo tanto, es particularmente estable.

Los científicos utilizaron una proteína de patógenos de la peste (Yersinia) para su investigación. Estos engañan al sistema inmunológico inyectando proteínas como YopO (proteína externa O de Yersinia) en los macrófagos atacantes. YopO se une a la actina de las células defensoras, provocando que las células inmunitarias ya no puedan envolver y digerir los patógenos. "Usamos YopO porque esta enzima es médicamente interesante y se puede anclar o inmovilizar en una membrana, ", explica Schiemann." Este último es un requisito previo importante para nuestras mediciones a temperatura ambiente ".

Nico Fleck del grupo de investigación de Schiemann desarrolló etiquetas de espín para este propósito que se adaptaron específicamente a las investigaciones dentro de la célula. Estas son pequeñas "banderas" que el miembro del equipo Caspar A. Heubach adjuntó a diferentes posiciones de la proteína. Usando el método DQC (doble coherencia cuántica), que funciona como una regla a nivel molecular, Tobias Hett, miembro del equipo, midió las distancias entre las banderas. "Si conocemos las distancias entre las etiquetas de giro, podemos deducir qué estructuras es capaz de asumir una determinada enzima, ", dice Hett. Esto funciona como un" navegador por satélite "para moléculas; después de todo, el sistema de guiado para vehículos también se basa en mediciones de distancia.

Los investigadores aplicaron el método DQC a YopO en el tubo de ensayo y, para comparacion, en huevos de rana africana con garras, que se utilizan con frecuencia como organismos modelo en la ciencia. Para las medidas en la celda, el YopO marcado con las banderas se inyectó en los huevos con una jeringa, "muy similar a la forma en que lo hacen los patógenos de la peste a nivel molecular, "explica Nico Fleck. Esto demostró que YopO era capaz de absorber un mayor número de estructuras diferentes cuando estaba en solución acuosa en el tubo de ensayo que en los huevos". YopO es estructuralmente más móvil en el tubo de ensayo que en las células vivas, "dice Schiemann." En las células, estructuras como las membranas y las interacciones con otras proteínas reducen la diversidad estructural de YopO ".

Principio fundamental

Este hallazgo no solo se aplica a YopO, pero es un principio fundamental:en el tubo de ensayo no hay "corsé" impuesto por otras estructuras celulares, las posibilidades de desarrollo de las enzimas son mayores. Los investigadores creen que esto tiene consecuencias para todos los estudios que involucran biomoléculas. "Las investigaciones de las biomoléculas aisladas son ciertamente esenciales. Para obtener una imagen completa, sin embargo, Tales estructuras y dinámicas deben estudiarse en las condiciones más naturales posibles, ", dice Schiemann. Caspar Heubach agrega:" Si los resultados de un estudio se refieren a procesos biomoleculares en las células, uno debería, como en este caso, también investigue la estructura y dinámica de las proteínas en las células vivas ".

Como las proteínas controlan diferentes procesos celulares, también son el foco de la búsqueda de nuevos tratamientos. Por lo tanto, los investigadores confían en que los resultados presentados por el equipo de investigación de la Universidad de Bonn también sean de interés potencial para la investigación farmacéutica. "Las interacciones en la célula son importantes para la estructura y dinámica de las proteínas, ", dice Schiemann. Por lo tanto, hace una diferencia cómo se determina la estructura de las enzimas en la búsqueda de sustancias activas".