Unidad de Cultura Científica

Nuevos indicios sobre la función de los nudos moleculares

15/09/2016
15sept_nudos_moleculares Estructura cristalina del nudo molecular utilizado como catalizador. / Vanesa Marcos

Un trabajo europeo publicado en la revista Science arroja luz sobre un campo de la biología hasta ahora poco estudiado: las propiedades y funciones de los nudos moleculares.  

La formación espontánea de nudos no es exclusiva de los objetos macroscópicos. De manera similar a como se presentan en un bol de espaguetis, también es común encontrar nudos en el ADN o en las proteínas. Pero a diferencia del mundo visible, donde el hombre ha sabido sacar partido de este fenómeno, a escala molecular su función es completamente desconocida.

Ahora, un equipo internacional ha descubierto que los nudos moleculares pueden catalizar reacciones químicas e incluso iniciarlas de manera alostérica, imitando los procesos enzimáticos que ocurren en la naturaleza.

“Hemos probado que la estructura entrelazada de estas moléculas es crucial para la catálisis, demostrando que sus análogos no entrelazados son especies catalíticamente inactivas”, destaca la directora del trabajo, Vanesa Marcos, antigua investigadora de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) actualmente vinculada a la Universidad de Manchester.   

Los resultados tienen implicaciones importantes en el campo de la biología, pues sugieren que la formación espontanea de nudos en proteínas puede ser un mecanismo para evitar que la proteína adopte conformaciones plegadas de baja energía y por tanto inactivas.

El trabajo, publicado en la revista Science, lo firman investigadores de España, Francia, Alemania, Suiza y Reino Unido, pertenecientes al grupo de David A. Leigh, Profesor de Química de la Universidad de Manchester. 


Estrategia sintética

Los científicos desarrollaron una estrategia sintética que condujo a la síntesis de nudos con cinco lóbulos.

Los nudos moleculares coordinados a iones metálicos (Fe2+ o Zn2+), a diferencia del puramente orgánico, presentan una estructura definida con una cavidad central a la que se unen fuertemente y de manera selectiva iones haluro, mediante la formación de enlaces de hidrogeno. Esto recuerda a la estructura de las enzymas halogenasas, las cuales presentan en su sitio activo un punto de unión de iones haluros, donde se catalizan rupturas de enlaces carbono-halógeno.

Inspirados en estas enzimas, los nudos moleculares sintetizados se utilizaron para catalizar diversas reacciones químicas, mediante la formación de carbocationes vía abstracción de iones bromuro. Debido a que exclusivamente los nudos moleculares coordinados a iones metálicos presentan el sitio activo para unir iones haluro, la catálisis puede iniciar de manera alostérica mediante un simple proceso de metalación del nudo.


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Referencia bibliográfica:

Allosteric initiation and regulation of catalysis with a molecular knot. V Marcos, A J Stephens, J Jaramillo-Garcia, A L Nussbaumer, S L Woltering, A Valero, J-F Lemonnier, I J Vitorica-Yrezabal, D A Leigh, Science, 352, 1555-1559 (2016).

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