Múltiples estudios desde finales del siglo XIX se han llevado a cabo para entender los sistemas biológicos. Uno de estos estudios, fue del naturalista Prusiano Theodor Schwann, el cual, rindió frutos al describir y proponer el término “metabolismo”. El metabolismo, fue asociado a los procesos físicos y químicos que cualquier célula lleva a cabo para la conversión y uso de la energía. Cabe mencionar que es un proceso presente en todos los seres vivos, desde la bacteria más minúscula hasta la planta más exótica que nos imaginemos, pasando por toda la diversidad de organismos, incluido el humano.

El papel de las proteínas en el metabolismo

De una forma muy genérica, los elementos centrales en los procesos metabólicos son las proteínas. ¡Efectivamente!, las famosas proteínas que (ahora) las venden como suplementos alimenticios. Sin embargo, el papel de las proteínas en los procesos metabólicos tiene más relación en romper o sintetizar productos.  Imaginémonos por un momento, cuando comemos una buena ración de comida, esta se desmenuza en el tracto digestivo y tiempo después, llega a la célula. Allí, se puede utilizar todo el “pedacerio” que se generó previamente, tanto para generar nuevas moléculas o sólo para generar energía a manera de la moneda universal, el nominado al Grammy y superfamoso, “ATP” o Trifosfato de Adenosina. 

Las enzimas: catalizadores esenciales en el metabolismo

Para romper o sintetizar dichos productos, las proteínas presentan la función llamada “enzimas”. Estas enzimas pueden describirse como catalizadores y que son fundamentales para utilizar adecuadamente los nutrientes. 

Clasificación de las enzimas: los números EC

Recientemente, en nuestro grupo de investigación, intentamos estudiar a las enzimas, desde diferentes perspectivas, eso sí, utilizando enfoques computacionales, lo cual nos da la ventaja de utilizar la información pública en las diversas bases de datos que existen en la actualidad. Para ello, nos valimos de un sistema de clasificación existente y que se denomina, los “números EC” del inglés, Enzyme Commission numbers) el cual se basa en un sistema jerárquico de las siete reacciones (globales) en las que se agrupan dichas proteínas. De esta forma, cada número EC se asocia a una reacción en particular. 

Por ejemplo, el EC 1 hace referencia a las Oxidorreductasas, enzimas que se dedican a llevar a cabo reacciones de oxidación/reducción, y de transferencia de átomos de hidrógeno (H), oxigeno (O) o electrones, desde una substancia a otra. Nada más como referencia, una de las oxidoreductasas más famosas es la “alcohol deshidrogenasa”, que esta involucrado en la producción del etanol durante la fermentación alcohólica. Sí, como aquella que se utilzia cuando se produce cerveza. Y así, podemos seguir con las otras seis categorías restantes.

Relación entre el tamaño del genoma y el número de enzimas

Regresando al tema, usando los siete números enzimáticos, utilizamos la información de poco más de 6000 organismos (microbianos) para determinar la abundancia de los números enzimáticos (los “EC”) y posteriormente, asociarlos a las diversas rutas metabólicas de cada uno de ellos. De esta forma, lo que encontramos es que los organismos, mientras más grandes son, en términos del número de genes, también tienen un mayor número de enzimas, probablemente para contender con un mayor número de procesos metabólicos. 

Preferencias metabólicas y sesgos enzimáticos

Posteriormente, identificamos una preferencia de las rutas metabólicas por números enzimáticos, es decir, hay un sesgo para utilizar los números enzimáticos. Por ejemplo, las oxidorreductasas, que las mencionamos anteriormente, están preferencialmente asociadas al metabolismo de los carbohidratos (azúcares de una forma global). De esta forma, en nuestro trabajo proporcionamos pistas acerca de las limitaciones funcionales asociadas con el repertorio enzimático de funciones en las Bacterias y muy probablemente, en todos los organismos celulares.

Figura asociada. El Metabolismo de fijación de nitrógeno, presenta una alta proporción de oxidorreductasas (en amarillo). Cada cuadro representa un número enzimático. Tomada de Tenorio-Salgado, et al. 2024.

Referencia asociada: 

Tenorio-Salgado S, Villalpando-Aguilar JL, Hernandez-Guerrero Rafael, Poot-Hernández AC, Perez-Rueda E. 2024. Exploring the enzymatic repertoires of Bacteria and Archaea and their associations with metabolic maps. Brazilian Journal of Microbiology. 25.