La Proteína Concebida Para Proteger Radicales

En un artículo reciente se informa de este acontecimiento “auténticamente radical”: una metaloproteína concebida por investigadores que puede estabilizar un reactivo orgánico radicalario que generalmente no lo es en medio acuoso. El trabajo representa un avance en el diseño de proteínas que inhiben la reacción de especies radicalarias, un “truco” que determinadas proteínas redox y enzimas utilizan en la naturaleza.

William F. DeGrado, de la Universidad de California San Francisco y sus colaboradores formularon y sintetizaron su proteína, llamada DFsc-Zn(II)₂, para que se enlazara al radical aniónico de la semiquinona y así evitar la formación de 3,5-di-tert-butilcatecol (QH₂). El equipo escogió dicho radical puesto que estudios previos, llevados a cabo en otros grupos de investigación, sugerían que los iones Zn(II) pueden cambiar las propiedades redox del radical semiquinona, al que se refieren como SQ•–, en disoluciones orgánicas.

DeGrado y su equipo ya habían diseñado previamente una proteína con una hélice cuádruple y dos iones Fe(III), y especulaban con la posibilidad de reemplazar los iones Fe (III) de las proteínas por Zn (II) que podrían estabilizar especies radicalarias en agua. En la nueva publicación se muestra el éxito de este trabajo. (Nat. Chem. 2016, DOI: 10.1038/nchem.2453). 

Los investigadores también se han valido de técnicas como la espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica, espectroscopia de resonancia magnética nuclear, volumetrías redox y modelos computacionales para averiguar cómo funciona exactamente este sistema.

El radical es, de hecho, el objetivo a evitar en el centro de una tríada redox, puesto que puede formarse al perder el electrón de QH₂ o al captarlo la 3,5-di-tert-butil-o-benzoquinona (Q). La proteína evita que el radical interaccione con un “bolsillo de unión” tan pronto como se genera la especie por reducción u oxidación, respectivamente, de Q y QH₂.

La interacción entre la proteína y el radical es tan estable que éste no reacciona con las moléculas de agua cuando se forma.

Además, los investigadores constataron que el radical permanece estable al unirse a los dos iones Zn(II), tal y como predijeron, y gracias a que los grupos hidrofóbicos tert-butilo del radical quedan rodeados de la estructura proteica, se protegen de la exposición al agua.

Akif Tezcan, especializado en química inorgánica, y el postdoc Jon Rittle en la Universidad de California, San Diego, consideran que el estudia “sienta un importante precedente en el campo del diseño de proteínas.” Sin embargo, “el verdadero impacto será determinado según la aplicación que los autores y otros investigadores puedan darle basándose en este punto de partida. Por ejemplo, les gustaría averiguar si la reactividad química del radical puede ser controlada.

Las proteínas redox en la naturaleza pueden albergar de forma estable los tres estados de oxidación de dicha tríada redox y alternar entre ellos. “ Y esto se consigue sin necesidad de usar un centro metálico que las estabilice,” apuntan Tezcan y Rittle. “Sería increíble lograr algo similar en el futuro” mediante el diseño de proteínas.

El especialista en síntesis de proteínas, Ronald L. Koder, del City College de Nueva York apunta que “el grupo de DeGrado a obtenido un resultado remarcable en este caso - pasando de diseñar proteínas que simplemente se unen a pequeñas moléculas a crear el tipo de estados de alta energía de enlace necesario para modular catálisis de forma efectiva. Aprender a crear y controlar intermedios de reacción es un paso crítico en el proceso para un diseño racional de enzimas que superen a las naturales.”

Traducción al español producida por Irene Maluenda Borderas de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.