La promiscuidad enzimática no es cosa del pasado. Según un estudio publicado en Science las enzimas generalistas o no específicas catalizan un 65% de las reacciones metabólicas en E. coli. Además los investigadores destacan tres diferencias fundamentales entre las dos clases de enzimas y analizan los factores que favorecen la evolución hacia una enzima específica.
Las enzimas son las nanomáquinas
que aceleran las reacciones químicas celulares,
realizando todo tipo de tareas: desde construir ADN a digerir los
nutrientes. Tendemos a pensar que las enzimas son catalizadores específicos, es
decir, que aceleran una reacción a partir de un único sustrato. Si bien estas
enzimas existen, hay otras que son menos exigentes y pueden transformar una
amplia variedad de moléculas o catalizar distintas reacciones químicas
utilizando varios centros activos: las enzimas generalistas. La teoría es que
estas enzimas son versiones menos evolucionadas, pero, ¿por qué unas enzimas
han evolucionado hasta especializarse en tareas muy concretas y otras en cambio
siguen siendo flexibles? ¿Qué peso tienen las enzimas generalistas en un
organismo?
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| El sustrato encaja en el centro activo, donde se realiza la catálisis |
Para poder responder a estas
preguntas los investigadores de la
Universidad de California San Diego han utilizado la bacteria modelo, E. coli. Sin embargo no han estudiado
una reacción concreta o una cierta ruta sino que han conectado las rutas
metabólicas de la bacteria integrando todos
los datos, es decir, han construido un modelo para estudiar el sistema entero.
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| E. coli |
Primero clasificaron las enzimas
de la bacteria: al parecer un 37% son
generalistas y catalizan el 65% de las
reacciones metabólicas conocidas. Pero, ¿qué caracteriza a cada grupo? Sometiendo
el modelo metabólico a diferentes condiciones de crecimiento descubrieron que
las enzimas específicas tienen una actividad mayor, es decir, trabajan más que
las promiscuas. Además, basándose tanto
en datos empíricos como en su modelo, comprobaron que la mayoría de las enzimas
específicas son esenciales. Por otro lado, se plantearon si el hecho de que una
enzima catalice una única reacción puede suponer que se regule más fácilmente y
que por tanto responda más rápidamente a cambios ambientales. Para testar esta
hipótesis simularon más de 15.000 cambios ambientales y observaron que era
mucho más probable que una enzima específica modificara su actividad para
adaptarse. Para reforzar este dato cruzaron su modelo con distintas bases de
datos y constataron una asociación entre regulación metabólica y enzimas específicas.
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| E. coli en versión peluche |
No contentos con el estudio
global de la bacteria se preguntaron si estas características estarían
conservadas en otros organismos y realizaron modelos similares para una
arqueobacteria y para un par de microrganismos eucariotas (S. cerevisiae y C.
reinhardtii), obteniendo resultados similares.
Así, parece que no sólo las enzimas ancestrales
eran promiscuas: una parte significativa de las enzimas actuales sigue siendo
generalista, quizás porque estas enzimas, al ser menos importantes para la
célula no han sido sometidas a una gran presión evolutiva. Los autores
puntualizan que algunas enzimas pueden no verse sometidas a estas fuerzas
evolutivas y ponen como ejemplo las enzimas que eliminan una gran variedad de
toxinas: es deseable para la célula que el espectro de toxinas que pueden degradar
sea amplio.
El caso contrario será el de una
enzima generalista que, a causa de un cambio ambiental, tenga que aumentar su
actividad. Según este estudio evolucionará para hacerse más específica.
Es bueno de vez en cuando revisar
lo que nos contaron los libros de texto….
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