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¿Las enzimas tienen sistemas de enfriamiento integrados?
El estudio de cómo las máquinas moleculares ensamblan y mantienen nuestros cuerpos es una de las ciencias definitorias de nuestra generación. Cuanto más aprendemos sobre estas máquinas, más complejas y capaces parecen.
Una característica común a todas las máquinas es que funcionan mejor dentro de un cierto rango de temperatura. Muchas máquinas construidas por humanos tienen sistemas complejos para mantener su temperatura. Del mismo modo, muchas máquinas construidas por evolución tienen sistemas de gestión térmica extremadamente eficientes. Piense en orejas grandes y glándulas sudoríparas.
Por lo tanto, parece razonable suponer que la evolución pudo haber encontrado una forma para que las máquinas moleculares manejen su temperatura.
Hoy, Hans Briegel de la Universidad de Innsbruck en Austria y Sandu Popescu de la Universidad de Bristol en el Reino Unido, presentaron una sugerencia fascinante sobre cómo podría funcionar un sistema de gestión térmica de este tipo.
Las máquinas en las que se enfocan son enzimas, máquinas que catalizan ciertas reacciones bioquímicas.
Esencialmente, las enzimas son abrazaderas moleculares. Agarran biomoléculas específicas y las mantienen quietas. Esto reduce la energía de activación de cualquier proceso químico en el que estén involucradas las biomoléculas, aumentando así la velocidad de reacción.
Pero el rendimiento de las enzimas es extremadamente sensible a la temperatura. La velocidad de las reacciones que catalizan aumenta lentamente con la temperatura hasta que alcanza un máximo y luego desciende drásticamente.
A nivel mecánico, el calor adicional aumenta la cantidad de vibración en la estructura molecular de la máquina. El problema específico de una enzima son las vibraciones en el conjunto de mandíbulas moleculares que utiliza para agarrar biomoléculas (también llamado sitio de activación).
A medida que aumenta la temperatura, las vibraciones en estas mandíbulas aumentan hasta que ya no pueden agarrar las biomoléculas para las que están diseñadas. Ahí es cuando la velocidad de reacción cae drásticamente.
Briegel y Popescu dicen que sería muy ventajoso que una enzima pudiera enfriar estas mandíbulas. Y trazan un mapa de una forma en que esto podría hacerse, a la que llaman enfriamiento conformacional.
La idea es que un pequeño cambio en la forma de la enzima endurece temporalmente las mandíbulas. Esto tiene el efecto de reducir las vibraciones en las mandíbulas y, por lo tanto, su temperatura. Cuando las mandíbulas enfriadas se relajan, pueden volver a agarrar las biomoléculas relevantes. Al menos hasta que se vuelvan a calentar.
(La clave es que las mandíbulas deben relajarse más rápido que la velocidad a la que se calientan; de lo contrario, no hay ventaja).
Por supuesto, todo refrigerador necesita una fuente de energía y Briegel y Popescu sugieren que esta podría ser proporcionada por otra molécula, como el ATP.
Lo bueno de esta sugerencia es que un experimento muy simple podría probarla fácilmente. Simplemente mida la dependencia de la temperatura de la velocidad de reacción enzimática con y sin la presencia de ATP.
Si el ATP realmente proporciona la energía para enfriar la enzima, entonces las dos curvas deberían ser diferentes.
Ese es un experimento que un estudiante de posgrado emprendedor podría hacer mañana.
Háganos saber cómo le va.
Ref: arxiv.org/abs/0912.2365 : Refrigeración intramolecular en enzimas