Enzimas de organismos amantes del frío que viven a bajas temperaturas, cerca del punto de congelación del agua, muestran propiedades muy distintivas. En un nuevo estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Los científicos de la Universidad de Uppsala han utilizado cálculos a gran escala para explicar por qué muchas enzimas adaptadas al frío dejan de funcionar alrededor de la temperatura ambiente.

Las enzimas son las "máquinas" que mantienen el metabolismo en todas las células vivas, pero, lamentablemente, todas las reacciones bioquímicas normalmente se detienen a bajas temperaturas. La evolución ha resuelto este problema desarrollando enzimas adaptadas al frío en especies cuya temperatura celular interna es la misma que en el ambiente externo frío. Esto se aplica a innumerables organismos, de bacterias a ciertas plantas y vertebrados de sangre fría, como los peces que viven en aguas muy frías. Estas enzimas adaptadas al frío tienen propiedades termodinámicas especiales que les permiten funcionar en condiciones de congelación. Evidentemente, también se derriten a temperaturas más bajas que las enzimas ordinarias; pero no importa si se derriten a aproximadamente 40 grados Celsius, ya que nunca necesitan trabajar en un ambiente tan cálido.

Sin embargo, Uno de los principales enigmas sin resolver ha sido por qué muchas enzimas adaptadas al frío dejan de funcionar incluso alrededor de la temperatura ambiente. mucho antes de que empiecen a derretirse. Investigadores Jaka Socan, Miha Purg y Johan Åqvist ahora, por primera vez, logró explicar esto por medio de extensas simulaciones por computadora.

Los científicos simularon la reacción química en una enzima que degrada el almidón de una bacteria antártica a varias temperaturas. y comparó esto con los cálculos relacionados con la misma enzima de un ordinario, cerdo de sangre caliente. Luego, la enzima antártica demostró comenzar a descomponerse localmente incluso a temperatura ambiente, y este defecto hace que las moléculas de almidón se adhieran mucho menos bien a la enzima. Este fenómeno da lugar a una velocidad máxima de reacción a 25 grados centígrados, y tiene lugar a unos 15 grados centígrados por debajo del punto de fusión. En la enzima de cerdo, por otra parte, la velocidad de reacción sigue aumentando hasta que la enzima finalmente se derrite a aproximadamente 60 grados Celsius.

Con cálculos de computadora, Por tanto, es posible identificar qué partes de las enzimas adaptadas al frío dan lugar a sus propiedades especiales.

"Tanto nuestros nuevos resultados como los anteriores de simulaciones por computadora de varias enzimas adaptadas al frío, y sus mutantes, muestran que ahora hemos llegado a una etapa en la que se pueden rediseñar racionalmente las enzimas para cambiar sus propiedades de una manera predecible. Este enfoque ha sido durante mucho tiempo un objetivo, pero hasta la fecha no ha podido competir con la evolución aleatoria de enzimas de laboratorio, por la que Frances Arnold recibió el Premio Nobel en 2018, "dice Johan Åqvist, Catedrático de Química Teórica en el Departamento de Biología Celular y Molecular, Universidad de Uppsala.