Por Violeta Amapola Nava, Agencia Informativa Conacyt
Ciudad de México. – La ATP sintasa es la enzima encargada de producir la energía que las células de los organismos necesitan para sobrevivir. Pero debido a diferentes desequilibrios también puede funcionar en sentido inverso y consumir la energía de la célula ocasionando incluso su muerte, como sucede en el caso de la isquemia cardiaca.
El doctor José de Jesús García Trejo, profesor investigador de la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), ha descubierto cómo un grupo específico de bacterias (alfa-proteobacterias) logra regular la actividad de la ATP sintasa bacteriana.
Este descubrimiento abre nuevas incógnitas en el campo de la bioenergética y permite pensar en el desarrollo de terapias que controlen la producción y el consumo de energía en tejidos altamente demandantes, como el corazón o el cerebro.
La producción de energía celular
A nivel macroscópico, los organismos pueden utilizar carbohidratos, proteínas, lípidos, luz solar u otro tipo de sustancias para producir la energía necesaria para mantenerse vivos. Pero a un nivel celular la fuente de energía vital es el adenosín trifosfato (ATP).
El ATP es la molécula que las células utilizan para disponer de energía para realizar sus actividades. Esta molécula es sintetizada por un conjunto de complejos proteicos, entre los cuales destaca la actividad de la enzima ATP sintasa.
La ATP sintasa funciona de manera muy parecida a un motor, explica García Trejo, pues está formada por una parte giratoria que funciona como rotor y una parte estática que está anclada a una membrana.
La parte estática utiliza un flujo de protones para impulsar la parte giratoria que es la que producirá el ATP, detalla el investigador. Pero como un motor reversible existen condiciones en que la ATP sintasa funciona de manera opuesta y consume la energía celular.
Para poder controlar este “nanomotor”, las células han desarrollado diferentes mecanismos que bloquean la ATP sintasa y evitan que funcione en sentido inverso.
Controlando la ATP sintasa
En las células que producen su energía en las mitocondrias, se sabe que existe una parte de la propia ATP sintasa que funciona como inhibidor de la enzima impidiendo que el rotor gire en sentido inverso, comenta García Trejo. Pero las células bacterianas utilizan una enzima un poco diferente.
Para explorar más acerca de esta molécula, el doctor García Trejo comenzó un proyecto para dilucidar los mecanismos de control energético en el grupo de bacterias llamado alfa-proteobacterias, específicamente en la especie de vida libre Paracoccus denitrificans.
Al analizar esta bacteria, el investigador descubrió que en su ATP sintasa existía una subunidad, parte de la propia enzima, que funcionaba impidiendo que el rotor girara en el sentido en que consume ATP.
“Haber descubierto esta proteína fue algo así como tener tu primer hijo”, narra el investigador, “uno no quiere esperar para bautizarlo”. Fue así como el grupo de investigación decidió llamar este nuevo inhibidor subunidad “zeta” (ζ).
“Aunque nos cueste trabajo escribirlo ese es el nombre que tocaba. Están las subunidades canónicas que son alfa, beta, gamma, delta y épsilon, y curiosamente esta era un poco más pequeña que épsilon, así que la letra que seguía en el alfabeto griego era ζ”.
Como buenos bioquímicos, el aislamiento y purificación de la proteína llevó al equipo de investigación a estudiar la subunidad ζ, mediante microscopía electrónica y otras técnicas analíticas, lo que permitió determinar la estructura de la enzima y su subunidad inhibidora, detalla García Trejo.
“Al publicar nuestros descubrimientos, hubo una muy buena aceptación internacional por parte de la comunidad científica, que comenzó los trabajos necesarios para corroborar nuestros descubrimientos”, comenta el científico.
Aplicaciones de la investigación
Su siguiente hipótesis a comprobar es que la subunidad ζ funciona como la tranca de una matraca, que permite al rotor de la ATP sintasa girar en el sentido de la producción de ATP, pero no permite la rotación en sentido inverso.
Los conocimientos sobre esta subunidad permitirán el diseño de nuevos antibióticos que inhiban la actividad de la subunidad ζ, ocasionando que el microorganismo no controle su motor producción de ATP y, por lo tanto, consuma su energía y muera, explica el científico.
“Incluso existe ya un antibiótico, el fármaco bedaquilina, que afecta la ATP sintasa de Mycobacterium tuberculosis, el patógeno que ocasiona la tuberculosis”, detalla García Trejo.
Las aplicaciones prácticas de los hallazgos sobre la ATP sintasa no tardarán en presentarse. “Hace poco leí un artículo sobre un fármaco para favorecer la síntesis de ATP en el tejido dañado por glaucoma y se ha visto que hay menos daño en la retina”, comenta el investigador.
Dentro del campo de la bioenergética las preguntas siguen surgiendo y las investigaciones se encaminan a dilucidar los mecanismos mediante los cuales las células producen su energía.
