Un nuevo componente básico combina proteínas con otras moléculas
Un bloque de construcción molecular artificial une proteínas y moléculas sintéticas para formar nanoestructuras complejas
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Las proteínas forman estructuras tridimensionales complejas y pueden unirse entre sí para crear estructuras más grandes. Los investigadores quieren aprovechar estas propiedades para fabricar materiales artificiales. Sin embargo, organizar proteínas y moléculas sintéticas con un alto nivel de precisión estructural no es tarea fácil. Esto se debe, en parte, a la falta de superficies de contacto amplias y claramente definidas entre ambos componentes.
Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Ivan Huc, del Departamento de Química y Farmacia de la LMU, ha colaborado con colegas de Berlín, Burdeos y Nantes para desarrollar un par artificial de proteína y foldámero que cumple este requisito. «Una proteína seleccionada específicamente reconoce una molécula sintética y se une a ella con alta afinidad», resume Huc. «La amplia superficie de contacto, que presenta una estructura claramente definida, permite utilizar el complejo como bloque de construcción modular para arquitecturas moleculares más grandes». El equipo ha presentado ahora los resultados en la revista *Nature Chemistry*.
La búsqueda de la contraparte adecuada
Este nuevo artículo se centra en lo que se conoce como «foldámero», una molécula artificial que, de forma similar a una proteína, se pliega adoptando una forma estable, en este caso una hélice.
Los investigadores buscaban una proteína que fuera la contraparte ideal para este foldámero. En su investigación, utilizaron la técnica de «ribosome display», un método bioquímico para identificar interacciones proteína-proteína entre cientos de miles de millones de variantes proteicas diferentes, que demostró funcionar también para las interacciones entre foldámeros y proteínas. Tras cuatro rondas de selección, el equipo identificó la variante C10 de un andamio proteico conocido como Nanofitin.
La hélice P diestra del foldámero se une a la C10 con gran fuerza, mientras que no se detectó ninguna unión con la hélice M zurda. La proteína y el foldámero están en contacto entre sí a lo largo de una zona amplia y claramente definida. Los complejos proteína-foldámero anteriores eran menos estables o requerían conectores flexibles.
De una molécula a una red
El equipo investigó cómo encajan estructuralmente la proteína y el foldámero utilizando espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) y cristalografía de rayos X, entre otras técnicas. Los investigadores también analizaron complejos más grandes mediante espectrometría de masas.
A continuación, utilizaron estos pares de unión para crear estructuras más complejas. Un foldámero construido de esta manera fue capaz de unir dos proteínas físicamente separadas entre sí. A la inversa, fue posible configurar dímeros de proteínas de tal manera que pudieran unirse a dos foldámeros.
Además, se crearon en cristales arquitecturas en forma de anillo y una red unidimensional en forma de zigzag. La disposición puede verse influida por la geometría de los bloques de construcción. La longitud del foldámero determina, por ejemplo, la separación y la orientación espacial de las proteínas unidas.
Los análisis asistidos por ordenador de la red cristalina muestran una elevada porosidad. Las cavidades más grandes podrían, en teoría, albergar objetos esféricos —por ejemplo, nanopartículas o moléculas grandes— con un diámetro de unos cinco nanómetros.
Perspectivas de producción de materiales artificiales
«Nuestros resultados muestran que los foldámeros artificiales pueden utilizarse como elementos de unión precisos para arquitecturas proteicas», afirma Huc. «Dado que es posible modificar su longitud y composición química, en el futuro podrían desempeñar un papel a la hora de ayudar a construir materiales tridimensionales porosos e introducir, en el proceso, grupos funcionales adicionales en dichas estructuras».
La disposición específica de las proteínas naturales constituye otro tema potencial para nuevos estudios. Si estas proteínas estuvieran dotadas de dominios de unión a los foldámeros, estos podrían unirlas o mantener una distancia definida entre ellas, lo que, en consecuencia, podría influir en su función biológica.
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