Científicos argentinos descubren la estructura cristalina de una enzima

Es la glucógeno sintasa enzima clave en el metabolismo de los polisacáridos. El hallazgo completa los estudios de Luis Federico Leloir que le valieran el premio Nobel de química en 1970. Trabajaron sobre bacterias del suelo. Aislada y caracterizada por cristalografía la enzima bacteriana es muy similar a su equivalente en plantas. El estudio abre las puertas a futuras aplicaciones biotecnológicas.

Por Ana María Pertierra

A pesar del tiempo y el esfuerzo aún hoy se desconoce la estructura cristalina de la glucógeno sintasa del hígado de mamíferos, cuyo rol en el metabolismo de los azúcares fuera dilucidado por el doctor Luis Federico Leloir en 1950, hallazgo que lo convirtió en el segundo premio Nobel argentino en 1970.
Sin embargo, científicos del Instituto de Investigaciones Biotecnológicas (IIB) de la Universidad Nacional de General San Martín (Unsam) junto a sus colegas argentinos del Instituto Pasteur de París han podido descifrar la estructura atómica de su homóloga en el metabolismo bacteriano. El trabajo, que demandó cuatro años y fue financiado por la Agencia Nacional de Promoción Científica de la Secyt, se publicó recientemente en la revista científica europea Umbo y constituye el paso previo para conocer la estructura y el comportamiento de la enzima almidón sintasa de gran interés biotecnológico por ser una de las dos responsables de la síntesis del almidón en las plantas.
El equipo argentino de investigación, integrado por Rodolfo Ugalde, Alejandro Buschiazzo, Juan Ugalde, Marcelo Guerin y Pedro Alzari, trabajó con la enzima de Agrobacterium tumefaciens, bacteria del suelo muy utilizada para introducir genes en las especies vegetales porque produce una infección en las plantas similar a un tumor llamado agalla de la corona.
“Haber obtenido la estructura cristalina nos permitió identificar el lugar catalítico de la enzima”, dijo a Faba-Informa el doctor Rodolfo Ugalde, vicedirector del IIB y profesor de microbiología de la Unsam.
Ugalde, investigador del Conicet, explicó que “cuando uno entiende desde el punto de vista molecular cómo funciona una enzima, puede modificarla y aumentar su eficiencia”.
A diferencia de lo que ocurre en el metabolismo de los mamíferos donde la glucógeno sintasa de hígado usa como sustrato dador a la UDP- glucosa, la de la bacteria que estudiamos -comentó Ugalde- usa un derivado que es la ADP-glucosa al igual que sucede en las plantas.
El científico -que fue discípulo de Leloir- señaló que los próximos estudios están destinados a clonar, expresar y cristalizar la enzima almidón sintasa de las plantas que es muy similar a la recientemente descripta en el IIB.
Sólo si se obtienen cristales ordenados se les puede hacer difracción con rayos X y obtener el mapa electrónico de la ubicación de todos los átomos que componen la proteína. Sin embargo, esta tarea no parece ser tan sencilla. Otros centros del mundo no tuvieron éxito y aún restan conocerse muchos aspectos relacionados con la estructura íntima de estas enzimas tan importantes.
Satisfecho pero prudente Ugalde recalcó : “Dimos un paso importante pero el trabajo recién empieza”.

Glucógeno y almidón

Entre los polímeros más abundantes de la naturaleza se encuentran primero la celulosa, le sigue la quitina, que forma parte de la cubierta de insectos y crustáceos y en tercer lugar aparece el almidón, que es la base de las harinas. Teniendo en cuenta que el almidón es la principal fuente alimenticia del mundo y que nuestro país es un importante productor de granos, Ugalde consideró dos razones más que suficientes para que la Argentina cuente con un grupo de investigación sólido en este polímero.
Su equipo, que conoce muy bien la enzima relacionada con el glucógeno, apunta a avanzar en esa dirección para obtener el conocimiento que les permita a futuro concretar aplicaciones biotecnológicas que mejoren la eficiencia de los cultivos. “Entendiendo mejor el mecanismo de catálisis y cómo ocurre a nivel atómico, se puede razonar que sería factible hacer ingeniería de proteínas y mejorar su eficiencia”, dijo.
Ahora su grupo está trabajando para dilucidar algunos secretos de la síntesis de almidón. Para ello cuentan con Arabidopsis thaliana, una pequeña planta que sin ningún valor agronómico es ideal para estudios de biología molecular porque tiene un genoma muy pequeño.
Hoy día agregar un gen a una planta es una técnica casi universal. Hasta el momento se sabe que la papa, como ejemplo de planta productora de almidón, ha sido sometida a intervenciones biotecnológicas que le han aumentado la producción del polisacárido mediante la incorporación de una enzima desregulada responsable de la reacción de formación de ADP glucosa, un paso previo a la polimerización. “Lo mismo se podría hacer a partir de la almidón sintasa que cataliza la polimeración”, agregó el científico. La cantidad y la calidad del almidón son las dos variables que se manipulan para obtener un producto a medida.
Pero no sólo desde la óptica de la industria alimenticia el almidón es un producto apetecible. Actualmente se lo está utilizando para la síntesis artificial de polímeros biodegradables. Mezclas de almidón con polivinilos se utilizan como variedades ecológicas porque las uniones son fácilmente hidrolizables por enzimas de bacterias que abundan en el medio ambiente.
Un sinnúmero de aplicaciones convierten al almidón en un polímero renovable que se sintetiza con energía solar, que es biodegradable y no contaminante. En otros países se está volviendo atractivo como alternativa ambientalista , en el nuestro productor en gran escala habrá que tenerlo más en cuenta.