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TBT: Forma y función

Para el Throwback Thursday de hoy, traemos de vuelta un post de Daurmith sobre FoldIt, un juego online para buscar pokemones ¡proteínas! Sí, leiste bien.

Hoy toca hablar de proteinas. Porque, aunque el ADN sea la molécula más bonita que existe, que lo es (una tiene sus sesgos, y los reconoce), hay que decir que las proteinas tienen también su cosita. Y no es que os quiera dar un cursillo de bioquímica, ojo, no. Es que estoy pasando un par de niveles más de FoldIt.

Qué poca seriedad, ¿no? Un juego. Hombre, no es Angry Birds. Pero tiene algunas cosas que Angry Birds no tiene. Una son proteínas. Y la otra, un artículo en Nature.

Siempre conviene saber de qué estamos hablando, aunque no siempre lo sepamos. Y para el caso que nos ocupa, os diré que una proteína tiene una cosa llamada estructura terciaria.

-Ya está Daurmith con la jerga.

Sí pero no. Una proteína no es más que una cadena de aminoácidos, igual que el ADN no es más que una cadena de A, C, G, T. La diferencia es que hay 20 aminoácidos, casi un alfabeto completo, y que cuando se engarzan uno tras otro no forman un limpio y aburrido collarcito de perlas, con todas las unidades iguales, ni tampoco la elegante doble hélice del ADN. Forman un apelotonamiento la mar de extraño y lioso, un ovillo químico con recovecos y salientes. Esa estructura es lo que se llama la estructura terciaria de la proteína.

Bueno. Ahora imaginad dos proteínas con la misma secuencia. Una de ellas imaginadla simplemente lineal, un aminoácido enganchado al otro, como un hilito. Este hilito químico, en la célula, se estructura en el ovillo lioso que hace que una proteína sea funcional, pueda hacer todo lo que las proteínas hacen en la célula, que es muchísimo. Una proteína no lo es de verdad, no realiza bien su función, si no está en una configutación tridimensional adecuada.

Para entendernos: una proteína sin plegar sería una hoja de papel lisa. La proteína plegada sería el barquito de papel. La forma, en suma, determina la función.

Barquito

Proteína configurada en su estructura terciaria funcional. Ya me entienden.

¿Qué es lo que determina que una proteína se doble así y no asá? Tres cosas:

Cosa uno: la secuencia de aminoácidos en sí. Los aminoácidos, las unidades que componen la proteína, no son todos iguales. Los hay más grandes y más pequeños. Los hay con grupos químicos sobresaliendo y dando codazos al del al lado. Los hay que se doblan como un Cheeto. Son como piezas de un Lego diseñadas por el diseñador de las palomitas de maíz. Por tanto, si en una proteína uno de los componentes es un aminoácido “acodado”, la proteína tenderá a doblarse un poco por ahí. O a crear un hueco en el ovillo. De hecho hay secuencias de aminoácidos que tienden a crear digamos módulos estables. Por ejemplo, los tirabuzones esos de la imagen de cabecera, que se llaman alfa-hélices. Esto es lo que me decían en la carrera cuando recitaban que “la estructura primaria determina la estructura secundaria”, con lo cual querían decir que si conoces la secuencia de aminoácidos de una proteína puedes saber si formará alfa-hélices y demás. Y durante un tiempo, algunos optimistas pensaron que con eso ya podías saber cómo se iba a plegar una proteína en el espacio. Ja, ilusos.

Se equivocaban, por supuesto. Porque no basta.

Cosa dos: el entorno en el que esté la proteína. Estamos hablando de escalas ciertamente birriosas. A esas escalas, hasta el agua tiene recodos y bultos, y no es lo mismo intentar doblar una proteína en un entorno que en otro. Toquetea el pH, por ejemplo, y la proteína se desdoblará (se “desnaturalizará”) o no se doblará como toca. Por eso no basta con saber la secuencia de aminoácidos. Una misma secuencia dará lugar a una proteína en un tubo de ensayo que será probablemente no funcional, además de fea. Esa misma secuencia, en la célula, dará lugar a una florecilla con tirabuzones (representación artística) la mar de bonita que además hará lo que se supone que debe hacer, desde unirse al ADN a formar parte de la pared celular o detectar otras proteínas. Se puede intentar replicar las condiciones de una célula en el tubo de ensayo, eso sí.

-¿Y funciona?

-Pues como todo en biología: a veces sí, a veces no. Según la proteína.

Cosa tres: otras proteínas. Sorry. La recursividad es muy biológica. A veces ni siquiera basta con estar en el entorno correcto, y mientras una proteína se está plegando (mientras es “generada” en la cadena de montaje de los ribosomas, pero no se me distraigan, de esto hablaremos otro día) hay otras proteínas que se unen, acoplan, abrazan o adosan para ayudar a que la estructura sea la correcta. Como poner rulos al pelo, para que se me entienda. Forman una especie de andamio alrededor del cual la proteína va quedando bonita, es decir, funcional, y luego se sueltan.

Bueno, ¿y todo esto a qué viene?

Viene a que saber cuál es la forma tridimiensional de una proteína es, aún hoy, muy difícil. Se pueden cristalografiar, pero son tan delicaditas para lo suyo que muchas veces la estructura del cristal no es la estructura funcional. E interesa mucho conocer las estructuras funcionales de las proteínas in vivo (toooma, más jerga) porque, primero, una misma proteína puede tener varias configuraciones activas, y esto importa, y, segundo, porque si sabemos cómo lo hacen, podremos hacerlo nosotros, y diseñar proteínas a la carta (muajajaja). Enfermedades como las vacas locas están provocadas por un mal plegamiento de proteínas, de modo que sí; nos vendría bien saber más de esto.

Hay programas de ordenador que pueden, dada la secuencia de aminoácidos de una proteína, predecir su estructura funcional. Hay gente muy lista dedicada a estas cosas, de hecho, jugando con enlaces y puentes de hidrógeno y puentes disulfuro, pero a lo que se reduce esto es a un TREMENDO puzzle.

Y aquí entra internet, con sus millones de usuarios haciendo sudokus y jugando a Angry Birds, y usando tiempo de procesador, o sea, neuronas, en resolver puzzles. Porque somos reacios a aburrirnos y jugar nos entretiene, y somos capaces de tomarnos unas molestias tremendas para aprender juegos nuevos. Yo siempre he sido una negada para el bridge, por ejemplo; antes aprendería física cuántica.

Bueno, entonces, ¿por qué no jugar a este puzzle? Al fin y al cabo las reglas son conocidas, sabemos la estructura de los aminoácidos y con ella la de las alfa-hélices y otros “dominios”, que se llaman, otros módulos que forman la estructura final de una proteína. Sabemos las reglas del juego, cómo formar puentes de hidrógeno, cómo unir o separar unas partes de otras, si esto dejará un hueco o no… ¿Lo haremos mejor que un superordenador o que los cientos de biólogos moleculares que están en ello?

Vamos a verlo, dijo un grupo de estos biólogos, imagino que hartos de desojarse mirando estructuras en la pantalla. Y crearon FoldIt, un juego online en el que el reto es encontrar la estructura más estable (de menor energía, vaya) para una determinada proteína. Tras un tutorial en el que te explican las reglas, ahora se trata de tirar, empujar, mover, deslizar y toquetear la estructura hasta que quede en una configuración óptima.

-¿Y qué tal va?

-De momento, la verdad es que bien.

Y por bien queremos decir que la cosa está empezando, pero que los jugadores buenos de FoldIt, sin más herramienta que el juego, son capaces de optimizar muy bien las configuraciones que requieren menor energía, tan bien como los expertos, y llegar a las mismas soluciones en menos tiempo. Y también están enseñando, en cierta manera, cómo buscar, cómo pensar a la hora de manosear proteínas. Es online, es colaborativo, tiene su intríngulis, y ayuda a la ¡Ciencia! Y las estrategias que usamos, sin saberlo, para resolver puzzles parecen ser efectivas a la hora de abordar este tipo de problemas complejos. Ah, y es gratis. ¡Todo son ventajas!

No es que estemos aún en el caso de poder diseñar proteínas a placer, pero FoldIt es una herramienta más de las que nos ponen en el buen camino. Yo voy a ver si me paso este nivel…

SOBRE LA AUTORA


Daurmith (@Daurmith)

Daurmith empezó a jugar con esto de los blogs en 2001 y no ha parado desde entonces a pesar de las protestas. Pensó que así aprovecharía por fin los años que pasó estudiando biología molecular, y descubrió que le encanta hablar de la realidad tal como es; es más divertido. A pesar de la evidencia fotográfica, Daurmith no es un gato.
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Lulú

Escéptica gracias a Google, pasó su infancia discutiendo con sus profesores de Historia y Religión. Ahora que encontró amigos de su misma especie, dedica sus horas libres al activismo escéptico y a discutir con profesores de Historía y Religión (cuando no está perdiendo el tiempo en google)

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