Investigación
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LpBglAnálisis estadísticos de iniciativas masivas de genómica estructural revelan que entre el 50-55% de las proteínas producidas (excluyendo proteínas de membrana) no se pueden estudiar estructuralmente por problemas de solubilidad. Y es que la solubilidad de las proteínas recombinantes se ha convertido en uno de los grandes problemas de la biología estructural. Nuestro grupo cristalizó una glicosidasa de Lactobacillus plantarum CECT 748T (LpBgl), pero debido a su inestabilidad en solución no se consiguió avanzar en su análisis. Estos cristales han permitido resolver su estructura a 2.48 Å de resolución. Su análisis ha revelado, por un lado, la presencia de un sitio de unión de fosfato cerca del centro activo apuntando al reconocimiento de 6-fosfo-azúcares, lo cual ha podido demostrarse posteriormente, identificando a LpBgl como una 6-fosfoglucosidasa. Además, se identificó la modificación química de los residuos de cisteína Cys211 y Cys292 por la formación de aductos de dimetil-arsénico. Sorprendentemente, el doble mutante Cys211Ser/Cys292Ser resultó ser soluble a altas concentraciones, revelando a estos dos residuos como los responsables de la inestabilidad de la enzima. Finalmente, la producción de LpBgl silvestre se ha conseguido mediante una etiqueta de fusión, lo que plantea interrogantes acerca del mecanismo de acción de los llamados “solubility enhancers”.

Acebrón I, Plaza-Vinuesa L, de Las Rivas B, Muñoz R, Cumella J, Sánchez-Sancho F, Mancheño JM. “Structural basis of the substrate specificity and instability in solution of a glycosidase from Lactobacillus plantarum”. Biochim Biophys Acta. 1865(10):1227-1236. (2017).
doi: 10.1016/j.bbapap.2017.07.007

 

LmPDTLos procesos catalizados por enzimas ofrecen ventajas sobre los métodos químicos clásicos, aunque en ocasiones su estabilidad es un factor limitante. Tradicionalmente, la síntesis de nucleósidos usando bases púricas poco solubles en agua, tales como guanina, xantina o hipoxantina, requiere condiciones alcalinas y/o altas temperaturas con el fin de aumentar su solubilidad. En este trabajo, hemos demostrado que la enzima 2´-deoxirribosiltransferasa de Leishmania mexicana (LmPDT) es activa y muy estable en condiciones alcalinas (pH 8-10), en un amplio intervalo de temperaturas y de fuerza iónica (0-500 mM NaCl). El análisis de su estructura cristalográfica junto con comparaciones con homólogos bacterianos hexaméricos revela la importancia de las relaciones entre el estado oligomérico y la arquitectura del centro activo en esta familia de enzimas. Además, estudios de ajuste y dinámica molecular han proporcionado claves sobre el modo de unión de los sustratos.

La caracterización bioquímica de LmPDT indica que se trata de una NDT de tipo I (PDT), con excelente actividad: posee valores de actividad específica entre 100 y 4000 veces mayores que otras PDTs analizadas. Además, LmPDT es estable durante 36 horas a distintos valores de pH y 40 °C. El potencial de LmPDT como possible biocatalizador industrial se ha analizado estudiando la producción enzimática de varios nucleósidos naturales y no naturales tales como vidarabina (ara A), didanosina (ddI), ddG o 2´-fluoro-2´-deoxiguanosina, empleando bases poco solubles en agua. Es destacable finalmente, el hecho de que hemos demostrado por vez primera la síntesis enzimática de 2´-fluoro-2´-deoxiguanosina, ara G and ara H por una 2´-deoxirribosiltransferasa.

Crespo N, Sánchez-Murcia PA, Gago F, Cejudo-Sanches J, Galmes MA, Fernández-Lucas J, Mancheño JM. “2'-Deoxyribosyltransferase from Leishmania mexicana, an efficient biocatalyst for one-pot, one-step synthesis of nucleosides from poorly soluble purine bases”. Appl Microbiol Biotechnol (2017).
doi: 10.1007/s00253-017-8450-y

 

NagZNagZ de Pseudomonas aeruginosa cataliza el primer paso del reciclaje de los muropéptidos (fragmentos naturales de la pared bacteriana) en el citoplasma. Esta reacción regula la expresión de la β-lactamasa, la enzima clave en la resistencia a antibióticos β-lactámicos. Los aspectos estructurales y funcionales de la catálisis de NagZ se investigaron mediante un total de siete estructuras cristalinas, tres modelos computacionales, simulaciones de dinámica molecular y mutagénesis dirigida. Las estructuras cristalográficas muestran cambios estructurales profundos entre la molécula aislada y su complejo con el sustrato, con los productos de la reacción y con miméticos del estado de transición. El mecanismo catalítico involucra a una histidina como catalizador ácido/base, algo único en las glicosidasas y está inhibido por zinc. Este análisis ha clarificado todos los pasos del ciclo catalítico de NagZ, que requiere importantes cambios conformacionales en los bucles alrededor del sitio activo. Este trabajo es parte de un esfuerzo colaborativo entre el IQFR y la Universidad de Notre Dame (Indiana, USA).

Acebrón, I.; Mahasenan, K.; De Benedetti, S.; Lee, M.; Artola-Recolons, C.; Hesek, D.; Wang, H.; Hermoso*, J.A.; Mobashery*, S. “Catalytic Cycle of the N-Acetylglucosaminidase NagZ from Pseudomonas aeruginosa”. J. Am. Chem. Soc. (2017).
DOI:10.1021/jacs.7b01626

 

photoregulationLos organismos vivos perciben y responden a la luz, un factor ambiental crucial, utilizando fotorreceptores que dependen de cromóforos asociados tales como retinal, flavinas o tetrapirroles lineales para la detección de la luz. El descubrimiento de fotorreceptores que detectan la luz usando 5'-desoxiadenosilcobalamina, una forma de vitamina B12 que antes solo era conocida como cofactor enzimático, amplió el número de familias de fotorreceptores descritos y reveló un nuevo papel biológico de esta vitamina. El prototipo de estos fotorreceptores dependientes de B12, el represor transcripcional CarH, está muy extendido en bacterias y está implicado en la regulación de genes dependientes de la luz como respuesta celular fotoprotectora. La actividad de CarH como factor de transcripción se basa en la modulación de su estado oligomérico a través de 5'-desoxiadenosilcobalamina y luz. En este artículo se detalla el conocimiento actual de esta nueva familia de fotorreceptores dependientes de B12, su descubrimiento, distribución y modo de acción, así como la base estructural y fotoquímica de cómo orquestan la transducción de señales y controlan la expresión génica. El enfoque principal de esta revisión se basa, en gran medida, en los resultados derivados del trabajo colaborativo de los miembros del IQFR y el Dpto. de Genética-Universidad de Murcia (Unidad Asociada al IQFR), y más recientemente con grupos del MIT (USA) y la Univ. de Manchester (Reino Unido), que han sido publicados, entre otros, en PNAS, Nature Communications y Nature. Este artículo es una revisión que responde a la invitación del Prof. Roger Kornberg (Premio Nobel de Química, 2006) en nombre del Comité Editorial de Annu Rev Biochem.

S. Padmanabhan, Marco Jost, Catherine L. Drennan, and Montserrat Elías-Arnanz. “A New Facet of Vitamin B12: Gene Regulation by Cobalamin-Based Photoreceptors”. Annu Rev Biochem 86, 485–514 (2017).
DOI: 10.1146/annurev-biochem-061516-044500

 

LombaCoincidiendo con el aniversario del fallecimiento de nuestro compañero Noé García Almarza se ha publicado en Soft Matter uno de sus últimos trabajos de investigación y que ha sido, además, destacado en la portada interior de dicha revista. En este trabajo se ha analizado el auto-ensamblado en dos dimensiones de partículas esféricas con tres sitios atractivos distribuidos de forma simétrica sobre el ecuador de las mismas. El estudio de este tipo de sistemas coloidales es interesante tanto desde un punto de vista práctico, para la construcción de nuevos materiales con propiedades a la carta, como desde un punto de vista fundamental, ya que es habitual que presenten un comportamiento físico inusual. De hecho, en este artículo se demuestra que, bajo ciertas condiciones, partículas con tres sitios atractivos se ensamblan en un fase híbrida exótica formada por una red de panal de abeja y un gas de partículas distribuidas en los huecos de dicha red. La concentración de partículas en los intersticios de la red de panal de abeja varía de forma continua con la presión, sin que exista una transición de fase termodinámica, de modo que a bajas presiones todos los huecos están vacíos, mientras que a presiones altas todos están llenos formando una red triangular. Los componentes del grupo de Mecánica Estadística y Materia Condensada dedican este trabajo a la memoria de nuestro querido amigo Noé.

Eva G. Noya, Noé G. Almarza & Enrique Lomba. “Assembly of trivalent particles under confinement: from an exotic solid phase to a liquid phase at low temperature”. Soft Matter 13, 3221 (2017).
DOI:10.1039/C7SM00217C