|
|
Míercoles 16 de octubre de
2002
Premio Nobel
de Química 2002
Estudiando las grandes moléculas
Por Verónica
Engler (*)
 El
estadounidense John Fenn, el japonés Koichi Tanaka y el suizo Kurt
Wüthrich son los tres premiados este año por sus aportes al estudio
de las proteínas. Sus investigaciones permiten analizar detalladamente
estas macromoléculas esenciales para la vida, algo que posibilita,
entre otras cosas, la creación de medicamentos más eficaces para atacar
enfermedades como el Alzheimer.
Las proteínas juegan un rol fundamental en las células
de los organismos vivos - bacterias, plantas y animales -. Estas grandes
moléculas -de más de 1000 dalton (unidad de masa atómica) - son en
realidad diminutas piezas que encajan singularmente unas con otras
permitiendo el armado del ensamblaje celular. Para analizar la forma
en que cada proteína funciona en relación con sus vecinas es necesario
conocer su peso y su forma, los dos temas que resuelven las técnicas
desarrolladas por los científicos laureados este año con el Premio
Nobel de Química.
 John
B. Fenn (85) -de la Universidad del Commonwealth de Virginia, en Richmond-
y Koichi Tanaka (43) -jefe de la división Bioscience del laboratorio
de desarrollo de Shimadzu Corp., en Kyoto- obtuvieron la mitad del
premio por sus aportes a la espectrometría de masa (EM), una técnica
que sirve a la difícil tarea de "pesar" macromoléculas.
El otro laureado fue Kurt Wüthrich (64) -investigador del Instituto
Federal Suizo de Tecnología de Zurich-, por sus trabajos en aplicación
de resonancia magnética nuclear (RMN) al estudio de las proteínas.
Estas técnicas se utilizan actualmente para investigar distintas enfermedades
y sus respectivas curas (la lucha contra diversos tipos de cáncer
o enfermedades como la malaria y el Alzheimer) y en el control de
calidad de los alimentos.
La levedad de las proteínas
Las macromoléculas pueden ser grandes en comparación con
otras moléculas. Pero ¿qué significa "grande" dentro del
pequeño cosmos que habita dentro de la célula? La hemoglobina -encargada
de llevar oxígeno a las células-, por ejemplo, tienen una masa de
10-19 gramos (es decir, una décima de un mil millonésimo de un mil
millonésimo de un gramo).
Dos de los métodos que permiten estimar el peso molecular
de las proteínas fueron descubiertos por los científicos galardonados
en el área de espectrometría de masa. Fenn publicó dos artículos en
1988 en los que describió cómo las proteínas en solución (estado líquido)
pueden ser volatilizadas (estado gaseoso) por acción de un campo eléctrico
produciendo moléculas gaseosas iónicas: esta técnica se conoce como
electrospray ionization (ESI). Tanaka, por su parte, comunicó en 1987
sus resultados positivos para la volatilización y ionización de macromoléculas
en estado sólido, mezcladas con un metal (matriz), mediante el bombardeo
de esa mezcla sólida por un láser ultravioleta: el procedimiento ideado
por el ingeniero de Shimadzu se denomina Matrix-Assisted Ultraviolet
Laser Desorption Ionisation (UV-MALDI).
 La
doctora Rosa Erra-Balsells, profesora del Departamento de Química
Orgánica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEN) de
la UBA, se dedica desde hace algunos años a investigar la técnica
UV-MALDI y compartió la redacción de un par de papers sobre el tema
con Tanaka. Erra-Balsells explica el sutil trabajo que se realiza
sobre las proteínas para poder estimar su peso: "hay un láser
que produce la desorción (volatilización), pasando la macromolécula
del estado sólido al gaseoso ionizado. En realidad este proceso ocurre
porque las macromoléculas en estado sólido están mezcladas con un
segundo cuerpo llamado matriz (fotosensibilizador) quien en realidad
es el que absorbe la energía (fotones) que prove el laser". Midiendo
el "tiempo de vuelo" de las macromoléculas gaseosas ionizadas
hasta llegar al electrodo con carga opuesta que las atrae (detector),
se puede calcular el peso molecular de las mismas. Esto es posible
porque la combinación láser-matriz produce la desorción y ionización
de las proteínas, sin que éstas pierdan su estructura primaria.
La EM es una técnica que se conoce desde principios del
siglo XX. Con el fin de analizar las partículas, ya en 1912 Joseph
Thompson utilizaba tubos de rayos catódicos para orientar pequeñas
moléculas en estado gaseoso iónico bajo la acción de un campo eléctrico.
"Los equipos comerciales para realizar estos experimentos aparecen
en los años ´50, pero hasta fines de la década del ´80 hubo una fuerte
limitación -señala la investigadora-. La espectrometría de masa se
basa siempre en tener, por algún método, la molécula en estado gaseoso
ionizado. Y, hasta el descubrimiento de la técnica MALDI había muchas
moléculas que no se podían llevar al estado gaseoso sin que perdieran
sus características estructurales, como por ejemplo el azúcar -que
se descompone con el calor".
La FCEyN tiene desde 1997 un convenio con el laboratorio
de la Universidad de Ehime (Japón) donde se puso en funcionamiento
uno de los primeros equipos MALDI producidos por Shimadzu. Allí viaja
todos los años la Dra. Erra-Balsells llevando potenciales nuevas matrices
(fotosensibilizadores) -que desarrolla con su grupo de investigación
en la facultad- y muestras de macromoléculas de sus alumnos y colegas
para ser analizadas, ya que no se posee ese tipo de tecnología en
el país.
Ver para entender
Una proteína típica es una cadena de unos 200 o 300 eslabones
de aminoácidos -de 20 tipos distintos- ubicados de una forma específica.
Debido a que ciertos aminoácidos tienden a asociarse a otros, ese
orden fuerza a la proteína a plegarse en una forma tridimensional
precisa, y esa figura "muestra" muchos secretos del funcionamiento
de estas macromoléculas.
En 1959, los científicos Max Perutz y John Kendrew resolvieron
por primera vez la estructura tridimensional de dos proteínas: la
hemoglobina y la mioglobina. Diez años después se había averiguado
la forma de otras ocho. El progreso continuó y sólo durante el año
1999 se resolvieron cerca de dos mil proteínas, casi la mitad de las
cuales se pudieron "ver" gracias a la aplicación del método
de resonancia magnética nuclear (que también se utiliza para hacer
diagnósticos médicos) por el cual fue galardonado Kurt Wüthrich este
año.
La RMN se basa en que los núcleos atómicos de las proteínas,
cuando se las sitúa en un intenso campo magnético, absorben las ondas
de radio de cierta frecuencia. Lo más importante es que la absorción
de un átomo depende de qué otros átomos se hallen próximos a él, por
lo que la técnica sirve para determinar las posiciones que ocupan
los átomos en una molécula (es decir, la forma de la molécula). El
problema es que una sola molécula de proteína tiene miles de átomos,
lo que hacía impracticable la RMN hasta que Wüthrich ideó los métodos
técnicos y matemáticos para resolver ese enigma.
Luego de que el genoma estallara hace algunos años en
una multitud de proyectos que se propusieron cartografiar el mapa
genético de diferentes organismos, se evidenció la necesidad de conocer
los espacios intermedios entre la información que tiene el gen (secuencias
de aminoácidos) y la función final que tiene una proteína en un sistema.
La imagen tridimensional permite "ver" exactamente qué forma
tiene la proteína, cómo está distribuida en el espacio, los distintos
componentes de las cadenas, "si hay agujeros o sitios activos,
si hay metales, si se puede meter agua. Además, conociendo qué grupos
químicos están en la parte interna y externa de esos agujeros se puede
prever qué tipo de interacción química puede generar (la proteína)
con su entorno", detalla la Dra. Erra-Balsells. Estos sistemas
de encajes perfectos que conforman las proteínas, son las piezas fundamentales
del rompecabezas que los científicos intentar armar para descifrar
los fenómenos de la salud y de la enfermedad que surgen cuando la
maquinaria de la vida se pone en funcionamiento.
(*)
Centro de Divulgación Científica - SEGBE - FCEyN.
|
