Adivinando a las proteínas (I): ¿Podemos y debemos diseñarlas?

La palabra “proteína” provoca muy diferentes pensamientos inmediatos en cualquier lector. Puede tratarse de los alimentos cárnicos, permanente objeto de la predilección de muchos. Para un científico natural significa, también, una molécula consustancial a la vida. La palabra “proteína” responde a esas y a muchas más interpretaciones.

Las moléculas son agregados de núcleos atómicos sumergidos en nubes de cargas eléctricas que hemos identificado como “electrones”. Estos núcleos adquieren una disposición los unos con respecto a los otros, dependiendo de cuántos y de qué tipo son. Los electrones que los acompañan se acomodan siempre para que sea lo más estable posible su relación con los núcleos y entre ellos mismos. El resultado de estas interacciones son las moléculas, su estructura y sus comportamientos en el entorno en el que existen.

Son pocas y muy poco probables las alternativas que tengan dos núcleos de hidrógeno y uno de oxígeno para agrupase de otra forma que no sea la de una molécula de agua. Y así, nuestro universo está habitado por un número extremadamente grande de esas moléculas, que son muy estables y se comportan tan bien que sin ellas no existiríamos.

Las proteínas son también moléculas que responden a la misma consideración de ser núcleos sumergidos en electrones. Pero su diversidad es mucho mayor. Podemos considerarlas como agrupaciones de moléculas más simples que están debidamente eslabonadas y asociadas de variadas formas. Esas moléculas más simples que las integran son principalmente los llamados aminoácidos.

Igual que no hay vida sin agua, tampoco la hay sin proteínas, al menos en la forma en que la conocemos actualmente. En la Tierra se calcula que la vida se está manifestando desde hace 3.7 millones de años. Los anteriores 700 000 años de existencia de nuestro planeta estaban “muertos”, pero fueron gestando las moléculas que permitirían que la vida apareciera. Y entre ellas estaban en primera fila, junto con otras, los aminoácidos y sus asociaciones como proteínas.

Las dimensiones del escenario de gestación de moléculas para la vida son nanométricas. Estamos refiriéndonos a espacios que se miden por 1 000 millonésimas de metros. Las proteínas trabajan en entornos donde un milímetro es un millón de veces más grande que la inmensa mayoría de sus sitios moleculares activos.

Las proteínas primigenias eran esencialmente muy similares a las que componen actualmente nuestro cuerpo. Lo que las hace tan importantes es justamente su diversidad para asociar aminoácidos. Se constituyen así como si fueran muy diversas piezas de relojería capaces de llevar a cabo muchísimas tareas para que los organismos vivos podamos existir. De hecho, esa diversidad es la que permite que nos diferenciemos tanto que los seres humanos ocupamos un lugar propio en el sistema de la vida igualmente que el virus de la covid el suyo, y todos tenemos proteínas.

Un lector con conocimientos elementales de química pensará inmediatamente que la diversidad de los aminoácidos debe ser muy grande para poder representar un papel tan variado en el nanomundo. Efectivamente, pueden existir y hacerse en el laboratorio muchísimos tipos de aminoácidos. Pero la selección natural excluyó a la inmensa mayoría y se quedó con solo 20 de todos ellos para construir las proteínas de nuestros tiempos. Y de esos 20, que por ciertas características de sus disposiciones nucleares pueden ocurrir como gemelos casi idénticos, se quedó con la mitad. O sea, se seleccionaron las 20 disposiciones que convenían, desechando también sus gemelos.

Es también un punto activo de investigación encontrar el porqué de que se seleccionara un gemelo y no el otro, porque aparentemente son igualmente estables. Quizás haya sido una simple casualidad en la historia molecular de la vida.

Todo esto nos conduce inevitablemente a que si conocemos cómo se disponen los aminoácidos que componen las proteínas, podemos saber qué es lo que ellas hacen, cómo lo hacen y que papel desempeñan en la vida. En el caso de los humanos, este conocimiento es imprescindible para entendernos y actuar con ellas curando enfermedades y prolongando la vida.

La acción de muchos medicamentos se realiza precisamente en sitios de las moléculas de proteínas cuya forma está determinada por los aminoácidos que las componen. Si conocemos como están dispuestos los núcleos atómicos en esos lugares de las proteínas, podemos diseñar las moléculas que actúen en ellas, como una llave en una cerradura. Así permiten “anclar” de muy diversas maneras a las moléculas de tales medicamentos, que hacen las veces de la llave.

En el caso de las proteínas y algunas otras familias de grandes moléculas, se define que existen diversos niveles de determinación de sus estructuras. La estructura “primaria” es, simplemente, el ordenamiento de la sucesión de cada uno de los 20 aminoácidos en la cadena de una proteína dada. Imaginemos la inmensa variedad que esto les da. ¿Cuántas posibles combinaciones de 20 aminoácidos puede haber en una sucesión de 100 de ellos? ¿Y de 1 000?

La titina, por ejemplo, es una proteína que en su variante humana es necesaria para el movimiento de los músculos y tiene cerca de 35 000 aminoácidos. Si existieran, podrían ser muchos miles de millones diferentes “titinas”, simplemente cambiando la sucesión de aminoácidos. Claro que, para que cumpla las funciones para la que se seleccionó esa proteína, solo será válido un reducidísimo número de tales estructuras primarias.

El otro nivel de estructura que nos interesa ahora mismo es el llamado “terciario”. Se trata de la forma en la que cadenas tan largas de aminoácidos se enrollan y disponen unas contra las otras, a veces formando algo muy similar a un ovillo de hilo. Este enrollado depende en primerísimo lugar de la estructura primaria y los demás factores que puedan determinarlos son ahora mismo un activo campo de investigaciones científicas. Por eso se dice que todas las propiedades de las proteínas se basan en su estructura primaria, porque esta es la que determina a la que actúa, que es generalmente la terciaria.

¿Adónde debemos dirigirnos? Es mucho más rápido, y hasta certero, determinar la estructura primaria de las proteínas que la terciaria. Por otra parte, una buena parte de las estructuras terciarias que están reportadas se han determinado en forma de cristales, que es muy diferente a la líquida o semilíquida en la que las proteínas ”trabajan”.

Y si tenemos la posibilidad de diseñar y fabricar una proteína en el laboratorio, ¿cómo sabemos la forma en que se va a enrollar para tener una estructura terciaria deseada? De algunas de estas respuestas puede depender la vida o el bienestar de muchas personas. La inteligencia humana, sin dudas ayudada por la artificial, tiene que darlas.

(Tomado de Cubadebate)