Cuando las células reciben señales, interactúan con otras células o identifican virus y bacterias, el proceso involucra no solo proteínas sino también cadenas de azúcar unidas a su superficie. El tema de relativamente poca atención hasta ahora, estas estructuras difieren ampliamente en composición y ramificación,y parecen ayudar a garantizar que las proteínas se plieguen correctamente y puedan realizar sus tareas específicas.
Varias observaciones demuestran la importancia de los apéndices azucarados: las proteínas idénticas con diferentes cadenas de azúcar tienen diferentes funciones, las células enfermas y sanas tienen diferentes composiciones de azúcar en sus superficies, y los medicamentos a los que están unidos aparentemente se toleran mejor.
¿Cómo llega el azúcar a la proteína?
Conocidas como glicanos, estas sustancias son actualmente objeto de una intensa investigación. Después de la genómica y la proteómica, ahora también hay glicómica. El campo de investigación emergente de la glicobiología se ocupa de la biosíntesis, la estructura y las diversas funciones de los apéndices azucarados. Una pregunta clavees cómo el conjunto diverso de moléculas de azúcar llega a las proteínas en primer lugar.
Los investigadores de ETH en los grupos liderados por Kaspar Locher del Instituto de Biología Molecular y Biofísica y Markus Aebi del Instituto de Microbiología ahora han dado un paso decisivo en esta área: han determinado la estructura tridimensional de la oligosaccharyltransferase OST en levadura: "Esta es la enzima que conecta las proteínas a los árboles de azúcar", explica Rebekka Wild, uno de los tres autores principales del informe en ciencia en el que los investigadores de ETH presentan sus hallazgos.
Hecho posible gracias a la microscopía crioelectrónica
Determinar la estructura de OST no fue fácil: para empezar, Jilliane Eyring, la tercera autora principal del informe, modificó las células de levadura para que la enzima pudiera ser dirigida y purificada. Wild primero tuvo que extraer la enzima, que esincrustado en una membrana en la célula, a partir de grandes cantidades de estas células de levadura y luego purificarlo en un procedimiento laborioso. "Nueve litros de levadura produjeron alrededor de 0.2 miligramos de enzima", dice. Las moléculas de OST se aplicaron a una pequeña rejilla,congelado en flash como partículas individuales, separadas e imágenes usando un microscopio crioelectrónico de alta resolución.
Esto dio lugar a miles de imágenes que muestran el complejo enzimático desde todos los ángulos de visión posibles. A partir de estas imágenes, Julia Kowal, la segunda autora principal, generó la estructura tridimensional de OST. Tomó seis semanas realizar los cálculos en elgrupo de computadoras. El resultado fue un mapa de densidad de electrones que muestra la enzima como una "nube de electrones".
Un momento oportuno
"Aprovechamos un momento afortunado", explica Wild. Pudieron beneficiarse de la "revolución de resolución" que actualmente tiene lugar en la microscopía crioelectrónica y utilizar un dispositivo de última generación con resolución atómica.El desarrollo de esta tecnología fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 2017.
Para interpretar los datos de la microscopía electrónica, Wild tuvo que ajustar la secuencia de aminoácidos de OST "manualmente" en las pequeñas nubes en el mapa tridimensional. Por lo tanto, el investigador pudo representar la estructura 3D de OST en su totalidaddetalle: un avance que se encontró con deleite entre los investigadores después de que se publicó en línea.
Pieza faltante del rompecabezas
OST es un complejo de proteínas de membrana formado por ocho subunidades, que identifican, por ejemplo, los sustratos de azúcar o proteínas o estabilizan la unidad catalítica. Esta última es la subunidad de la enzima que alberga el centro activo, dondelas proteínas y los azúcares se unen y se fusionan. "Esperábamos que la unidad catalítica estuviera en el medio de la enzima", explica Wild. "Sorprendentemente, sin embargo, está en el exterior, y la forma recuerda a una abierta.boca."
Lo que inicialmente había confundido a los investigadores de repente tuvo sentido, ya que encajaron la estructura en la ubicación donde realmente opera el OST: específicamente, la enzima está incrustada in vivo en la membrana del retículo endoplásmico ER. Esta es la parte delcélula donde se producen, pliegan, controlan y modifican las proteínas.
Aquí, el vecino directo del OST es una proteína de túnel, eso ya se sabía. Esto canaliza las proteínas incipientes hacia el interior del retículo endoplásmico y luego directamente hacia la boca abierta del OST, donde reciben su diminutaárboles de azúcar
Buen modelo para enzimas humanas
"La levadura OST es un buen modelo para los procesos en humanos", explica Wild. Los investigadores sacan esta conclusión del hecho de que el centro activo de la levadura OST, donde las proteínas están equipadas con azúcares, se parece mucho al área correspondiente en las bacterias ".Esto significa que el centro activo apenas ha cambiado a lo largo de la evolución ", explica el investigador," lo que significa que hay una buena posibilidad de que siga funcionando de manera muy similar en los mamíferos y, por lo tanto, también en los humanos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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