Imaginen que son como el Hombre Hormiga (Ant Man) de Marvel Comics, y reducen su tamaño mil millones de veces. Lo que verían a su alrededor son las moléculas de las que estamos hechos, algunas del tamaño de un portaviones y otras pequeñas como una uva. Pueden ver la forma de estas moléculas en la página del Banco de Datos de Proteínas (PDB: www.rcsb.org), en particular en la sección de la “Molécula del Mes”.

En este mundo molecular hay movimiento constante, con encuentros y separaciones, y cada uno de estos encuentros transmite una señal que es detectada por otra molécula. Hay grupos de moléculas que se organizan en circuitos, y su trabajo es el paso de información de un lugar a otro en la célula u organismo del que forman parte. Podríamos imaginar todas estas asociaciones como un juego de LEGO, con piezas que deben embonar correctamente para formar una pareja que después formará parte de una cadena. La mayoría de las proteínas que conocemos bien se portan como piezas de LEGO, tomando preferentemente una forma especial que conocemos como el estado nativo. Contrario a las piezas de LEGO que son rígidas, las moléculas de las que estamos hechos son blandas y deformables, y en ocasiones cambian de forma cuando se asocian con otras. Estos cambios pueden ser pequeñas modificaciones del estado nativo, o rearreglos más complejos. Dependiendo de la asociación molecular que se haga, se logra un rearreglo distinto, y esto es leído por otra molécula: así están codificados los mensajes moleculares dentro de las células.

Entre las moléculas más blandas y deformables están las proteínas intrínsecamente desordenadas. Como un primer acercamiento a esta clase de proteínas, piensen en una agujeta de las que usan para amarrar sus zapatos. La agujeta puede acomodarse de muchas maneras distintas en el espacio (prueba de ello son las diversas formas de tejerlas en los zapatos), y ninguna cuesta más trabajo que las otras. Este es uno de los sellos de las proteínas desordenadas: no tienen una forma preferencial o especial para acomodarse, y por lo tanto se pasean por todas las posibles. Recordando que cada forma representa información molecular, pueden imaginarse lo versátiles que son las proteínas desordenadas para comunicarse con muchas otras moléculas. No sorprendentemente, varias enfermedades severas se deben a la ausencia o al exceso de alguna proteína desordenada.

Las células utilizan reacciones químicas para alterar la forma o el movimiento de las moléculas que las componen, agregando o eliminando grupos químicos como los fosfatos en lugares estratégicos. Esto lo que hace es añadir o eliminar dos cargas negativas en un ambiente molecular, resultando en un nuevo balance de fuerzas intermoleculares. Una consecuencia que empezamos a entender de este tipo de modificaciones químicas es la formación de organelos sin membrana, como los nucléolos y otras fábricas en el núcleo celular. A nivel más modesto, lo que hace la inclusión o eliminación de cargas negativas es alterar el balance de fuerzas intramoleculares, y eso le cambia la forma a las proteínas. Una consecuencia de esto es establecer o negar la posibilidad de interactuar con otra molécula.

A las proteínas con un estado nativo las podemos estudiar estructuralmente por cristalografía de rayos X, resonancia magnética nuclear, y más recientemente, por crioelectromicroscopía, como se ve en el sitio de PDB. A las proteínas desordenadas no se las puede estudiar con esas técnicas porque no se están quietas. En este escenario aparecen las simulaciones de dinámica molecular, en las que usamos a las supercomputadoras como microscopios moleculares. En el Laboratorio de Dinámica de Proteínas del Centro de Investigación en Dinámica Molecular de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos realizamos este tipo de simulaciones para determinar cuál es el conjunto de estructuras que prefiere visitar una proteína desordenada, con y sin grupos fosfato, con la intención de encontrar el mensaje codificado en ella.

 

Figura asociada La adición de un grupo fosfato a una serina hace 50 veces más probable la interacción con una arginina vecina, favoreciendo la formación de una pequeña hélice que puede ser leída por otra proteína. (Tesis de maestría de Marco Antonio Ramírez Martínez).