La fábrica de proteínas celular, grabada en plena actividad
Investigadores financiados con fondos comunitarios han grabado un vídeo que muestra ribosomas, las fábricas de proteínas celulares, funcionando a pleno rendimiento. Este trabajo ofrece información sin precedentes sobre el funcionamiento de estas piezas esenciales de la maquinaria celular y podría facilitar la creación de nuevos fármacos. El estudio, sobre el que se ha publicado un artículo en la revista Nature, recibió apoyo del proyecto 3D-REPERTOIRE («Un enfoque multidisciplinario para determinar las estructuras de complejos proteínicos en un organismo modelo»), financiado por medio del área temática «Ciencias de la vida, genómica y biotecnología aplicadas a la salud» del Sexto Programa Marco (6PM) de la Unión Europea. Si el ADN contiene los planos de la vida, los ribosomas son las fábricas donde dichos planos se convierten en las proteínas que componen los músculos, transportan sustancias entre células, reciben y envían señales, inician reacciones químicas, etc. El proceso comienza en el ADN. La parte de ADN que contiene el código genético de una proteína concreta se copia en una cadena de ácido ribonucleico mensajero (ARNm). El ARNm se une a un ribosoma que se desplaza sobre la molécula del ARNm. Cada bloque de tres letras del ARNm es el código genético de un aminoácido específico. Las moléculas de otro tipo de ARN denominado ARN de transferencia (ARNt) leen este código genético y transportan el aminoácido necesario al ribosoma. Los aminoácidos son los componentes fundamentales de las proteínas y, al desplazarse el ribosoma por el ARNm, se crea una cadena de aminoácidos que comienzan a dar forma a la proteína. Los ribosomas tienen un tamaño diminuto, apenas 25 nanómetros de largo, prácticamente como los virus más pequeños. Por ello el estudio de su estructura dista mucho de ser sencillo, hasta el punto de que el equipo que logró aclarar su forma fue premiado en 2009 con el Nobel de Química. Estudios anteriores habían averiguado la forma en la que los ribosomas unen aminoácidos para formar una cadena y cómo los ARNt leen la información codificada en el ARNm. No obstante, los ribosomas son básicamente máquinas con partes móviles y hasta ahora las únicas imágenes que se poseía de éstos eran estáticas. Por esta razón todavía se desconocen muchos aspectos de su funcionamiento. En el estudio referido, científicos del Instituto Max Planck de Química Biofísica (Alemania) y del Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo (Rusia) idearon una hábil forma de grabar los ribosomas en plena acción. «La técnica consiste en poner a los ribosomas en funcionamiento en una solución», explicó Holger Stark, director del Grupo de Criomicroscopía Electrónica Tridimensional del Instituto Max Planck de Química Biofísica. De la solución se extrajeron muestras en momentos distintos y se congelaron con rapidez. Este proceso detuvo la maquinaria molecular en distintas etapas del proceso. «A partir de estas muestras, el microscopio electrónico obtiene una serie de imágenes de los ribosomas en distintas fases de la producción de proteínas en las que cambia su estructura tridimensional», indicó el profesor Stark. El equipo obtuvo cerca de dos millones de imágenes de ribosomas en funcionamiento que fueron clasificadas y agrupadas por un programa informático en función de las distintas fases de producción proteínica. A continuación el ordenador calculó la estructura tridimensional de estos grupos. Por último, las imágenes se pusieron por orden para crear un vídeo que muestra el trayecto del ribosoma sobre el ARNm como si de una cinta transportadora se tratase y cómo el ARNt entrega su carga de aminoácidos en el ribosoma antes de su liberación. «Podemos seguir la ruta del ARNt a través del ribosoma paso a paso y observar cómo se sincronizan los movimientos del ARNt y los cambios dinámicos del ribosoma», comentó Niels Fisher, científico del laboratorio del profesor Stark. Marina Rodnina, del Departamento de Bioquímica Física del Instituto Max Planck de Química Biofísica, añadió: «Un análisis de esta sincronización muestra que las nanomáquinas como los ribosomas funcionan de manera distinta a las máquinas sincronizadas que acostumbramos a ver en las fábricas normales. Los movimientos espontáneos del ribosoma y las moléculas de ARNt no están del todo sincronizados.» Además, el equipo descubrió que la temperatura ideal para el buen funcionamiento de los ribosomas es la corporal, cerca de 37°C, y que éstos utilizan nuestro calor corporal para mantener su actividad. «El ribosoma es capaz de convertir energía térmica directamente en movimiento», aclaró el profesor Stark. «La energía térmica disponible en condiciones fisiológicas es más que suficiente para que los ribosomas realicen los movimientos necesarios para la producción de proteínas.» Este trabajo también podría facilitar la creación de nuevos fármacos. Los ribosomas humanos son distintos a los bacterianos y la efectividad de ciertos antibióticos se debe a su capacidad para bloquear la producción de proteínas de los segundos sin afectar a la de los primeros. Por tanto un conocimiento más profundo de la estructura y la función de los ribosomas es básico para el desarrollo de nuevos antibióticos.
Países
Alemania, Rusia