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Un estudio teórico explica la «selección natural» de las proteínas

Representación artística de la secuencia de la selección por temperatura en el caso de una proteína hidratada. Imagen: V. Bianco

Representación artística de la secuencia de la selección por temperatura en el caso de una proteína hidratada. Imagen: V. Bianco

28/09/2017

Investigadores del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona (IN2UB), en colaboración con un equipo de la Universidad de Viena, han presentado el primer estudio computacional que simula la selección natural de las proteínas en el agua bajo condiciones ambientales diferentes, con el objetivo de diseñar las secuencias de aminoácidos que expresan sus funciones a unas temperaturas y presiones específicas.

«Los resultados son significativos para entender la evolución de la proteína en la Tierra, ya que explican por qué las proteínas que evolucionaron en entornos con temperaturas altas pueden funcionar en las condiciones ambientales actuales. También confirmamos la prometedora hipótesis de que muchas características observadas en las proteínas surgen naturalmente cuando el proceso de selección tiene en cuenta las propiedades termodinámicas del disolvente», explica Giancarlo Franzese, investigador del IN2UB y del Departamento de Física de la Materia Condensada.

«Por ejemplo, con nuestros resultados podemos explicar por qué la superficie de una proteína plegada no es 100 % hidrófila, lo que es energéticamente desfavorable», añade el primer autor del trabajo, Valentino Bianco, doctorado en Física por la Universidad de Barcelona, y actualmente investigador posdoctoral en la Universidad de Viena.

 

Las proteínas y su entorno

Las proteínas son moléculas grandes y complejas que realizan muchas funciones críticas en las células vivas. Existe un amplio abanico de temperaturas y presiones en las que las diferentes proteínas son estables. Muchas formas de vida se desarrollan bajo temperaturas y presiones extremas, y eso significa que las proteínas son seleccionadas de forma natural por su entorno. Gracias a este estudio, publicado en Physical Review X, se ha podido entender cómo la selección de proteínas responde a los cambios drásticos en un entorno acuoso.

Las simulaciones están basadas en un modelo nuevo de cómo las proteínas se adaptan a un abanico de condiciones termodinámicas. «Hemos encontrado que el proceso de selección de proteínas depende de las propiedades moleculares del agua que las rodea», explica Giancarlo Franzese. Las proteínas seleccionadas a temperaturas altas también son estables en un rango más amplio de temperaturas y presiones que el de las que son seleccionadas a temperaturas bajas. «También demostramos que las proteínas seleccionadas en temperaturas altas presentan una segregación entre la superficie hidrófila y el núcleo hidrófilo superior a las proteínas seleccionadas en una temperatura más baja», añade Franzese. Por lo tanto, la secuencia de segregación de la proteína diseñada depende de la temperatura y presión de la selección, lo cual es coherente con lo que se ve en las proteínas naturales que trabajan en diferentes condiciones ambientales.

 

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