Estructura 3D de les proteïnes

Print Friendly, PDF & Email

Dimecres, 19 de gener va venir Salvador Ventura, de l’Institut de Biotecnologia i Biomedicina (UAB), per parlar-nos de l’estructura 3D de les proteïnes al cafè científic de la Casa Orlandai.

Les proteïnes són els components més versàtils del nostre organisme. Fins fa poc només en coneixíem la funció i vulnerabilitat front canvis químics o tèrmics, ja que si perdien la seva estructura en l’espai deixaven de ser funcionals. Però no es podia conèixer fàcilment la seva estructura en tres dimensions. Darrerament, noves tècniques de laboratori i digitals permeten de conèixer-la i, en conseqüència, comprendre el funcionament de les molècules més actives del nostre organisme.

Ja el 1972, en el discurs d’acceptació del premi Nobel, Christian Anfinsen (1916-1995) va pronosticar que algun dia seria possible predir l’estructura 3D de les proteïnes a partir de la seqüència d’aminoàcids. I, gràcies a la intel·ligència artificial, gairebé 50 anys més tard, s’ha fet realitat el somni del bioquímic estatunidenc.

En el cos tenim centenars de milers de proteïnes, que les funcions més diverses i versàtils; per tant, determinar-ne l’estructura 3D permetrà no només conèixer la seva biologia bàsica, sinó buscar nous fàrmacs. Tenint en compte aquest potencial, la revista Science, de l’American Association for the Advancement of Science, va seleccionar l’aplicació de la intel·ligència artificial per conèixer l’estructura funcional de les proteïnes com l’avenç científic més important de l’any. Fins aquest moment només l’estructura 3D es podia obtenir mitjançat minucioses anàlisis de laboratori.

Per comprendre la diversitat proteica, Salvador comença explicant quines són les funcions de les proteïnes; catàlisi (enzims), estructura (cabells), regulació (hormones), defensa (anticossos) o transport (hemoglobina). Com són els aminoàcids que les componen: quina és la part comuna i quina és la particular que caracteritza cadascun d’ells; com s’uneixen per fer cadenes, pèptids, i quin és el seu comportament respecte de l’aigua -perquè condiciona la seva reacció en el mitjà.

Dins la cèl·lula, la seqüència d’aminoàcids se sintetitza en els ribosomes a partir d’un determinat fragment de RNA missatger. Un cop feta, en qüestió de mil·lisegons s’estableixen els enllaços febles entre els aminoàcids, que donaran a la proteïna l’estructura en l’espai que li permetrà fer la funció. Els enllaços han de ser febles necessàriament per afavorir la flexibilitat.

Dels centenars de proteïnes diferents dels organismes, cadascuna té una seqüència i una forma úniques. Quan hi ha alguna modificació en la seqüència, si varia l’estructura tridimensional pot provocar malaltia. L’anèmia falciforme, per exemple, ve donada només pel canvi d’un aminoàcid; provoca un canvi en la forma dels eritròcits i, en conseqüència, perden funcionalitat.

Quant a les formes, les proteïnes poden ser fibroses, com el col·lagen, les de la seda o el cabell; de membrana, les que envolten totes les cèl·lules, o làmines, com els agregats que es formen en el cervell amb la malaltia d’Alzheimer. Salvador ens dóna exemples de tots els tipus. Per estudiar les formes de les proteïnes se les fa cristal·litzar i posteriorment es busca l’estructura amb la desviació de raigs X o, més modernament, amb un sincrotró.

Ara bé, l’any passat hi va haver una fita en l’estudi de les proteïnes. AlphaFold és un complex algoritme d’intel·ligència artificial el qual, a partir de la seqüència d’aminoàcids, prediu l’estructura 3D de les proteïnes i les arxiva en una base de dades. Ha estat desenvolupat per DeepMind -Google en definitiva-, en col·laboració amb l’Institut de Bioinformàtica de l’EMBL.

Salvador també ens explica el projecte computacional Rosetta@home, que també prediu l’estructura de les proteïnes a partir de l’estructura primària, i el seu acoblament quan són formades per més d’un monòmer. Rosetta a més, permet de dissenyar noves proteïnes de les que, de moment es desconeix si són sintetitzades per algun organisme. Va començar amb la participació de voluntaris que cedien els seus ordinadors, i continua amb el videojoc de trencaclosques participatiu <fold.it>. En aquest cas ha estat desenvolupat per equips de les universitats de Berkeley i de Washington.

Salvador va començar la carrera de físiques, però el seu professor de Biologia del Batxillerat li va fer repensar, i va passar a fer Biofísica, la intersecció entre les dues disciplines. En estudiar el mecanisme mitjançant el qual les proteïnes es pleguen i s’agreguen, el grup de Salvador estudia la connexió amb malalties neuro-degeneratives degudes a dipòsits proteics, com ara l’Alzheimer o el Parkinson, recerca que va ser reconeguda amb el premi Bruker 2020 de la Societat Española de Biofísica. Gràcies per venir-nos-ho a explicar!

Més informació
Salvador Ventura, reconocido con el premio Bruker «Manuel Rico» 2020.

Material propi

Com la física regula el nostre cos? Cafè científic amb Pere Roca-Cusachs (16/05/2018)
Com regula la física el nostre cos? (Premi BCN), a Nació Digital (07/02/2018)
BCN, pol de ciència: Visites a centres de recerca de Les Corts: IBEC
Pesar una cèl·lula viva ja és possible, a Nació Digital (25/01/2018)

Imatge: Structure of the CD3D protein. Based on PyMOL rendering of PDB at wikimedia commons