Las células de todas las formas de vida están rodeadas por una membrana que está hecha de fosfolípidos. Uno de estos son las cardiolipinas, que forman una clase separada debido a su estructura única. Al estudiar la enzima responsable de la producción de cardiolipinas en arqueas (organismos unicelulares que constituyen un dominio separado de la vida), Los bioquímicos de la Universidad de Groningen hicieron un descubrimiento sorprendente. Una sola enzima de arqueas puede producir una gama espectacular de cardiolipinas naturales y no naturales, así como otros fosfolípidos. Los resultados, que muestran potencial para aplicaciones biotecnológicas, fueron publicados en el Revista de química biológica .

Los fosfolípidos más abundantes en las membranas celulares contienen una cabeza hidrófila a la que se conectan dos colas hidrófobas. Las cardiolipinas, llamadas así porque se identificaron por primera vez en las células del corazón, son ligeramente diferentes, ya que están formadas por un solo grupo de cabezas que está unido a cuatro colas de lípidos. "Sabemos qué enzimas son responsables de la producción de cardiolipina en bacterias y eucariotas, pero no en arqueas, "dice Marten Exterkate, quien es el primer autor de la JBC papel.

Grupo de cabezas impares

Su interés en estas cardiolipinas proviene de su trabajo en una célula mínima sintética. "Nuestro grupo de la Universidad de Groningen se centra en el crecimiento de la membrana celular, basado en la producción enzimática de nuevos fosfolípidos a partir de componentes básicos ". Dado que las cardiolipinas están presentes en las membranas celulares de organismos de todos los dominios de la vida, son componentes deseados de la célula sintética. Exterkate quería saber qué enzimas son responsables de la producción de cardiolipina en las arqueas. "Los lípidos que forman la membrana celular de las arqueas son estructuralmente diferentes de los de los otros dos dominios de la vida, Exterkate explica. Además, mientras que los otros dominios tienen un tipo dominante de cardiolipina, las arqueas parecen producir diferentes tipos de cardiolipinas, con grupos de cabeza que contienen, por ejemplo, una sola carga negativa o diferentes tipos de azúcares o grupos sulfato. En la actualidad, no sabemos casi nada sobre cómo se sintetizan ".

Al buscar los genomas de especies de arqueas, Exterkate encontró varios genes candidatos para la cardiolipina sintasa. El más prometedor de las arqueas. Methanospirillum hungatei se expresó en una cepa estándar de laboratorio del E. coli bacteria, y la enzima resultante se aisló y caracterizó. "Cuando mezclamos la enzima con componentes potenciales, produjo la esperada especie de cardiolipina. Pero luego notamos algo realmente sorprendente:otra cardiolipina con un grupo de cabeza muy extraño ”. Resultó ser una molécula de la solución tampón en la que tuvo lugar la reacción.

Campanas de alarma

"Todas las campanas de alarma empezaron a sonar, "Exterkate recuerda". Si la enzima puede incorporar esta molécula tampón como un grupo principal de lípidos, ¿qué más podía hacer? ". Resultó que la enzima fue capaz de producir todo tipo de cardiolipinas variantes y otros fosfolípidos, que contiene grupos de cabezas tanto naturales como no naturales. "Algunas enzimas son promiscuas; pueden usar variantes ligeramente diferentes de sus sustratos normales. Pero esta enzima es extremadamente promiscua". Puede producir lípidos que, en células bacterianas, por ejemplo, requieren muchas enzimas diferentes.

Esta es la primera enzima identificada con la capacidad de producir una gama completa de cardiolipinas diferentes. Exterkate:"Otras arqueas tienen genes similares, que probablemente también sean adecuados para producir diferentes cardiolipinas, lo que indica que la variedad de cardiolipinas arqueales podría ser sintetizada por la misma enzima ". Además de ser un descubrimiento sorprendente, la nueva enzima podría resultar interesante para la producción de membranas de diseño propio. Esto es útil porque los grupos de cabeza en los fosfolípidos de membrana afectan las propiedades generales de la membrana y la función de las enzimas que se incorporan en ella. "La industria de la biotecnología tal vez podría usar esta enzima para diseñar artificialmente membranas para propósitos específicos, "dice Exterkate.

Osmorregulación

El descubrimiento de esta enzima promiscua también plantea la pregunta de por qué las células de las arqueas necesitan todas estas cardiolipinas diferentes. Hasta aquí, los libros de texto se refieren a las cardiolipinas como una molécula en particular. Se está volviendo claro, aunque, que las cardiolipinas forman una clase de moléculas. Exterkate y sus colegas sospechan que la enzima está involucrada en la osmorregulación. "Dependiendo del entorno, la enzima puede cambiar la producción hacia diferentes fosfolípidos y, al hacerlo, alterar la funcionalidad de la membrana ".

La enzima también podría resultar una ventaja para la célula sintética en la que Exterkate y sus colegas están trabajando. "Planeamos producir una membrana con una composición de fosfolípidos minimalista, por lo que no necesitaríamos agregar muchos genes para diferentes enzimas. Ahora, potencialmente podemos producir muchos fosfolípidos diferentes usando una sola enzima ".