09348-notw4-Fig1-2c-690

Diseño molecular: variantes de una proteína han expandido su capacidad de transferir electrones.

 

Algunas proteínas de nuestro cuerpo tienen la habilidad de poder transferir electrones o recibirlos de otras moléculas. Esta capacidad para recibir electrones se mide por lo que los científicos llaman el potencial redox, medido en voltios. Ahora unos investigadores han modificado una proteína para regular su capacidad de transferir electrones en un rango de 2 voltios: es la primera vez que se consigue modificar una única proteína para adoptar un rango tan amplio de potenciales redox.

 

Este logro demuestra que los científicos están empezando a comprender las relaciones entre la estructura y la función de una proteína de una manera lo suficientemente detallada como para controlar completamente su comportamiento redox. Esta capacidad podría llevarnos a conseguir enzimas redox que activaran enlaces C-H en reacciones orgánicas de manera controlada, o a diseñar avanzados reactivos redox para células de combustible y placas fotovoltaicas.

 

09348-notw4-Fig1-2c-690

Los investigadores cambiaron el metal (esfera turquesa) y mutado cinco cadenas laterales (modelos de barras y esferas) en la azurina natural (Cu-WTAz) para crear varias versiones con un amplio rango de potenciales redox (ver escala). F114N cambia la fenilalanina (F) a asparagina (N) en la posición 114 de la secuencia de aminoácidos, y así sucesivamente. Las modificaciones en rojo aumentan el potencial redox, y las azules lo disminuyen.
Credit: Proc. Nat. Acad. Sci. USA

Para conseguir un rango redox tan amplio, Yi Lu de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign y sus colaboradores han mutado racionalmente varios aminoácidos alrededor del centro metálico de una proteína bacteriana llamada azurina. También han quitado el metal del centro activo. Gracias a estos cambios, los investigadores han conseguido azurinas con potenciales redox desde +0.972 hasta -0.950 voltios (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, DOI: 10.1073/pnas.1515897112). Estos voltajes cubren casi todo el espectro fisiológico de oxidación-reducción que (de manera relativa al estándar redox) va desde +1V (la oxidación del agua) a -1V (la reducción de H3O+ a hidrógeno gas, H2).

 

La azurina natural (llamada WTAz, del inglés wild type, N. del T.) tiene un cofactor de cobre con un potencial de +0.265V. Lu y sus colaboradores modificaron su potencial hasta +0.972V creando la HPAz, una azurina con tres mutaciones que aumentan la hidrofobicidad del centro activo con cobre y otras dos mutaciones que modifican dos interacciones clave por enlaces de hidrógeno. Para alcanzar el potencial de -0.950V, sustituyeron el cobre por níquel, y realizaron una mutación que añadía densidad de carga negativa al centro activo metálico. Variando estas combinaciones de mutaciones y cambios del cofactor consiguieron hasta cinco potenciales redox distintos dentro de la escala.

 

“Demostrar que somos capaces de modificar el potencial redox en un rango de 2 voltios es extraordinario,” comenta Victor L. Davidson de la Universidad of Central Florida, un experto en transferencia de electrones por vía enzimática. “Muchos estudios habían demostrado que los potenciales redox de las proteínas podían alterarse por mutagénesis y sustitución del metal. Pero no creo que nadie hubiera creído posible alcanzar un rango tan grande de potenciales redox en una única proteína usando una combinación de las dos técnicas.”

 

Lu mantiene que las azurinas modificadas pueden utilizarse como agentes redox solubles en agua en muchos ensayos biológicos, y su grupo está intentando modificar los potenciales redox de otras metaloenzimas. “Hemos depositado una patente y estamos buscando empresas que quieran licenciarla”, añade.

 

Artículo original publicado por Stu Borman en C&EN
Copyright © 2016, por la American Chemical Society. Todos los
derechos reservados. Esta edición en español es legítima y está
autorizada por un acuerdo especial con la American Chemical
Society.

Traductor

Web: Gomobel
Licenciado en Química por la Universidad de Zaragoza. Erasmus en la Universidad Pierre y Marie Curie de París. Actualmente realizo mi tesis doctoral sobre Química Bioorgánica en el Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (UZ-CSIC). Divulgo todo lo que puedo porque me encanta, podéis leerme en @electrones, @isqch_divulga y escucharme en @elnanoscopio y @sciencebitches.

Divúlgame.NET