Les proteïnes poden transferir electrons a distància

Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) han publicat un estudi a la revista Nature Communications que revela que la transferència d’electrons pot tenir lloc mentre la proteïna s’apropa a la seva proteïna complementaria, i no només quan aquestes ja hi estan unides, com es pensava fins ara.

Aquests resultats obren la porta a una nova forma de considerar com interactuen les proteïnes i pot tenir implicacions per entendre millor molts altres processos, com ara la fotosíntesi, la respiració o la desintoxicació, en els quals la transferència d’electrons juga un paper important.
La reubicació d’un electró des d’una entitat química a una altra —la transferència d’electrons (TE)—, no té lloc de forma passiva, sinó que els electrons són transportats de forma individual per les proteïnes redox.

Read more…

Les exigències d’aquestes proteïnes quant a les seves capacitats de TE poden ser contradictòries: la seva unió ha de ser estreta per mantenir un nivell de TE elevat, però suficientment febles per permetre un alt nivell de rotació, així com una TE eficient. A mesura que les proteïnes redox s’apropen un a l’altre, es forma un complex de «trobada inicial» que condueix a un complex final «actiu», que és el moment en què es pensava que es produïa la TE.

Mitjançant la cristal·lografia de raigs X s’ha pogut mostrar l’estructura de diversos complexos actius entre proteïnes redox, i les diferències substancials observades en la distància entre els llocs actius d’alguns d’ells, ha plantejat la qüestió de si la TE entre proteïnes podria produir-se mentre la proteïna s’apropava a la seva proteïna complementària. Investigadors dels grups de Nanobioenginyeria i Nanosondes i nanocommunatadors de l’IBEC, juntament amb els seus col·laboradors de la Universitat de Barcelona (UB) i la Universitat de Sevilla, han treballat en l’ús d’una tècnica anomenada espectroscòpia d’efecte túnel electroquímica per mostrar que l’actual procés entre dues proteïnes redox es produeix a distàncies sorprenentment llargues.

“Les simulacions per ordinador suggereixen que les proteïnes poden manipular la solució que les separa per tal de dur a terme les seves funcions de TE”, explica Anna Lagunas, investigadora sènior del grup de Nanobioenginyeria de l’IBEC i primera autora de l’article. “Hem vist una reducció de la densitat iònica entre les proteïnes, que genera una via per on s’estén el seu camp elèctric a través de la solució aquosa”.

Aquesta observació qüestiona la hipòtesi acceptada en què la formació d’un complex fort entre les proteïnes és necessari per transferir la càrrega, i pot aportar una explicació de com les proteïnes redox concilien una alta especificitat amb una unió més feble, per tal de mantenir l’alt nivell de rotació que requereix la TE.

 

A. Lagunas, A. GuerraCastellano, A. NinHill, I. DiazMoreno, M. A. De la Rosa, J. Samitier, C. Rovira, P. Gorostiza (2018). Long distance electron transfer through the aqueous solution between redox partner proteins. Nature Communications, epub ahead of print.