* Descubrimiento
abre nuevas incógnitas en la bioenergética; permite pensar en desarrollo de
terapias que controlen producción y consumo de energía en tejidos altamente
demandantes como el corazón o el cerebro
Fotos Conacyt
Por Violeta Amapola Nava | martes 24 de mayo de 2016
Ciudad de México, 20 de mayo (Agencia Informativa Conacyt).- La ATP
sintasa es la enzima encargada de producir la energía que las células de los
organismos necesitan para sobrevivir. Pero debido a diferentes desequilibrios
también puede funcionar en sentido inverso y consumir la energía de la célula
ocasionando incluso su muerte, como sucede en el caso de la isquemia cardiaca.
El doctor José de Jesús García Trejo, profesor investigador
de la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM),
ha descubierto cómo un grupo específico de bacterias (alfa-proteobacterias)
logra regular la actividad de la ATP sintasa bacteriana.
Este descubrimiento abre nuevas incógnitas en el campo de la
bioenergética y permite pensar en el desarrollo de terapias que controlen la
producción y el consumo de energía en tejidos altamente demandantes, como el
corazón o el cerebro.
La producción de
energía celular
A nivel macroscópico, los organismos pueden utilizar
carbohidratos, proteínas, lípidos, luz solar u otro tipo de sustancias para
producir la energía necesaria para mantenerse vivos. Pero a un nivel celular la
fuente de energía vital es el adenosín trifosfato (ATP).
Doctor José de Jesús García Trejo, profesor investigador de la Facultad de Química de la UNAM.
El ATP es la molécula que las células utilizan para disponer
de energía para realizar sus actividades. Esta molécula es sintetizada por un
conjunto de complejos proteicos, entre los cuales destaca la actividad de la
enzima ATP sintasa.
La ATP sintasa funciona de manera muy parecida a un motor,
explica García Trejo, pues está formada por una parte giratoria que funciona
como rotor y una parte estática que está anclada a una membrana.
La parte estática utiliza un flujo de protones para impulsar
la parte giratoria que es la que producirá el ATP, detalla el investigador.
Pero como un motor reversible existen condiciones en que la ATP sintasa
funciona de manera opuesta y consume la energía celular.
Para poder controlar este “nanomotor”, las células han
desarrollado diferentes mecanismos que bloquean la ATP sintasa y evitan que funcione
en sentido inverso.
Controlando la ATP
sintasa
En las células que producen su energía en las mitocondrias,
se sabe que existe una parte de la propia ATP sintasa que funciona como
inhibidor de la enzima impidiendo que el rotor gire en sentido inverso, comenta
García Trejo. Pero las células bacterianas utilizan una enzima un poco
diferente.
Para explorar más acerca de esta molécula, el doctor García
Trejo comenzó un proyecto para dilucidar los mecanismos de control energético
en el grupo de bacterias llamado alfa-proteobacterias, específicamente en la
especie de vida libre Paracoccus denitrificans.
Al analizar esta bacteria, el investigador descubrió que en
su ATP sintasa existía una subunidad, parte de la propia enzima, que funcionaba
impidiendo que el rotor girara en el sentido en que consume ATP.
“Haber descubierto esta proteína fue algo así como tener tu
primer hijo”, narra el investigador, “uno no quiere esperar para bautizarlo”.
Fue así como el grupo de investigación decidió llamar este nuevo inhibidor subunidad
“zeta” (ζ).
“Aunque nos cueste trabajo escribirlo ese es el nombre que
tocaba. Están las subunidades canónicas que son alfa, beta, gamma, delta y
épsilon, y curiosamente esta era un poco más pequeña que épsilon, así que la
letra que seguía en el alfabeto griego era ζ”.
Como buenos bioquímicos, el aislamiento y purificación de la
proteína llevó al equipo de investigación a estudiar la subunidad ζ, mediante
microscopía electrónica y otras técnicas analíticas, lo que permitió determinar
la estructura de la enzima y su subunidad inhibidora, detalla García Trejo.
"Al publicar nuestros descubrimientos, hubo una muy
buena aceptación internacional por parte de la comunidad científica, que
comenzó los trabajos necesarios para corroborar nuestros descubrimientos",
comenta el científico.
Aplicaciones de la investigación
Su siguiente hipótesis a comprobar es que la subunidad ζ
funciona como la tranca de una matraca, que permite al rotor de la ATP sintasa
girar en el sentido de la producción de ATP, pero no permite la rotación en
sentido inverso.
Los conocimientos sobre esta subunidad permitirán el diseño
de nuevos antibióticos que inhiban la actividad de la subunidad ζ, ocasionando
que el microorganismo no controle su motor producción de ATP y, por lo tanto,
consuma su energía y muera, explica el científico.
“Incluso existe ya un antibiótico, el fármaco bedaquilina,
que afecta la ATP sintasa de Mycobacterium tuberculosis, el
patógeno que ocasiona la tuberculosis”, detalla García Trejo.
Las aplicaciones prácticas de los hallazgos sobre la ATP
sintasa no tardarán en presentarse. “Hace poco leí un artículo sobre un fármaco
para favorecer la síntesis de ATP en el tejido dañado por glaucoma y se ha
visto que hay menos daño en la retina”, comenta el investigador.
Dentro del campo de la bioenergética las preguntas siguen
surgiendo y las investigaciones se encaminan a dilucidar los mecanismos
mediante los cuales las células producen su energía.
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