“Las enzimas como todas las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos que son los ´ladrillos´ de construcción.”

 

Horacio Cano Camacho

Alguien subió a las redes la fotografía de una enzima. En realidad, la recreación por computadora de una enzima. La vi alucinado, debo reconocerlo, por la belleza de esas estructuras biológicas. Las enzimas son las grandes ejecutoras de las instrucciones contenidas en el genoma. Son fabricadas (o mejor, sintetizadas) por instrucciones del mismo genoma.

Los genes llevan un código que, al ser interpretado por unas máquinas celulares excepcionales, los ribosomas, colocan cada ladrillo en el orden preciso para construir una proteína, como si se tratara de un plano multidimensional. El genoma es el cerebro, las enzimas sus brazos y piernas.

El asunto más sorprendente es que las enzimas, proteínas con función catalítica, adquieren su forma funcional por fuerzas electroquímicas muy simples. Las enzimas como todas las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos que son los “ladrillos” de construcción. Como esos ladrillos pueden tener carga negativa o positiva o no tenerla o poseer grupos químicos que pueden establecer enlaces temporales y débiles con el agua, la cadena de aminoácidos se dobla en contacto con esta en el citoplasma de las células, que es un océano de agua.

La cadena se dobla dejando expuestos los aminoácidos que interactúan con el agua (hidrofílicos) y “escondiendo” a los aminoácidos que no pueden formar interacciones con el agua (hidrofóbicos). La estructura resultante es una masa microscópica, compacta y muy estable, la proteína funcional.

Los genes solo determinan el orden de acomodo de los ladrillos en la cadena de aminoácidos llamada polipéptido. Cómo se dobla y adquiere la estructura funcional depende del tipo y orden de los aminoácidos codificados por los genes. En realidad, la información contenida en los genes es muy simple. Pensemos que una proteína tiene este arreglo (voy a simplificar con una tira de letras que equivalen a los aminoácidos) MAVVDDAMGCCT… Esta cadena está codificada en el gen respectivo que “le dice” a la fábrica de proteínas, acomoda M, luego acomoda A, luego V, luego… Esa es la naturaleza de la información genética. ¡Qué sencillez!

La cadena de la proteína recién fabricada puede contener ladrillos hidrofílicos, entonces se doblará para esconder los hidrofóbicos a fin de formar una estructura estable, ya que dejar a los ladrillos que no forman interacciones con el agua para que estén en contacto con esta, requeriría mucha energía para mantenerlos donde no deben estar.

La estructura que se forma es -decimos los biólogos- “termodinámicamente estable”, es decir, no requiere gastar energía para mantenerse. Es una estructura estable, pero también es la estructura funcional. Vamos a intentar explicar esto asunto.

Una enzima es un catalizador, acelera o incrementa la velocidad de una reacción química, pero no interviene en ella, es decir no se mezcla o forma parte de producto. Pensemos que requerimos la sustancia AB. Sus precursores A y B que se encuentran disueltos en el agua del citoplasma y a cierta concentración, una enzima específica los toma y los junta A—B, hasta que se unen y forman AB. La enzima puede extraer o incorporar átomos y facilita el ambiente electroquímico para la unión de manera que la reacción sea posible.

Pero recordemos que el gen solo indicó el orden de acomodo de los aminoácidos, no la función. Pero al doblarse sobre sí misma la cadena, creó zonas dentro de la estructura compacta. Una zona donde entran con precisión A y B. Estas zonas se formaron al acercarse aminoácidos con cargas eléctricas que en la cadena se encontraban lejos. Al estar ahora cercanos crearon un ambiente electroquímico particular que puede facilitar la reacción entre A y B para formar AB. Recuerden que A y B andan nadando en el océano del citoplasma, pensemos en cinco canicas de A y 7 de B en una cancha de futbol y distribuidas al azar, la probabilidad de que se encuentren y se unan, aunque existe, es extremadamente baja. La enzima, al doblarse, creó un sitio muy pequeño donde la probabilidad de que se encuentren estas moléculas aumenta y, además, proporciona el ambiente propicio para que reaccionen.

Esta estructura tridimensional también les permite a las enzimas, como a todas las proteínas, unirse al ADN, a las membranas, a otras proteínas, excretarse, etc. y claramente es determinada por el orden de acomodo de los aminoácidos, codificada en los genes. Si se doblan mal, pierden su función. De hecho, existen enfermedades muy graves, como el mal de las vacas locas, el Alzhéimer y otras encefalopatías espongiformes mortales por mal doblado de las proteínas. Incluso está emergiendo una nueva estrategia para regular la estructura de las proteínas a voluntad usando nanopartículas que se peguen a la cadena de aminoácidos y alteren el doblado, lo cual podría ser usado con fines terapéuticos ya que podríamos abatir o incrementar una función, por ejemplo, la actividad enzimática que este alterada en una enfermedad…

Por ello decimos que la vida es un proceso fisicoquímico determinado por fuerzas como cargas eléctricas, ambientes electroquímicos precisos, concentraciones, y …probabilidades del encuentro de sustancias. Las enzimas incrementan las probabilidades de que una reacción ocurra y proporcionan el ambiente para que ocurra. Nosotros, los seres vivos, desde la más simple bacteria hasta cualquier reina de la belleza dependemos de sintetizar glucosa, romper glucosa, extraer electrones de ella, modificar las concentraciones de esos electrones y sintetizar o transformar la glucosa en cualquier sustancia química que necesitemos y eso, es pura química.

Nuestro genoma contiene las “instrucciones” para producir todas las proteínas que necesitamos y desde luego, las enzimas para todas las reacciones químicas. Ya hablamos de las fábricas de proteínas, los ribosomas. Estas estructuras se forman de proteínas y el catalizador para que un aminoácido se una a otro y a otro y a otro, son pequeñas moléculas de ARN también codificadas en el genoma y que hacen lo mismo que las enzimas, proporcionar el ambiente para que una reacción química suceda.

Al mirar la fotografía de la enzima es verdaderamente poético darnos cuenta de que sí, la vida es pura física y química, en la que las probabilidades y la arquitectura juegan un papel fundamental… En eso estoy pensando y mañana que regreso a clase, espero lograr que mis nuevos alumnos aprecien este sentido de la vida.


Originario de un pueblo del Bajío michoacano, toda mi formación profesional, desde la primaria hasta el doctorado la he realizado gracias a la educación pública. No hice kínder, por que en mi pueblo no existía. Ahora soy Profesor-Investigador de la Universidad Michoacana desde hace mucho, en el área de biotecnología y biología molecular… Además de esa labor, por la que me pagan, me interesa mucho la divulgación de la ciencia o como algunos le dicen, la comunicación pública de la ciencia. Soy el jefe del Departamento de Comunicación de la Ciencia en la misma universidad y editor de la revista Saber Más y dedico buena parte de mi tiempo a ese esfuerzo.