Investigadores del grupo de investigación de Simulación Cuántica de Procesos Biológicos (SQPBIO) del Departamento de Química Orgánica de la Universitat de Barcelona – con sede en el Parc Científic de Barcelona (PCB)– en colaboración con grupos de bioquímica y biología estructural del Reino Unido, Francia y Australia, han determinado aspectos importantes del mecanismo de acción de una enzima clave en la remodelación de los carbohidratos enlazados a la superficie de muchas proteínas. El estudio se publica en el último número de Angewandte Chemie (DOI: 10.1002/anie.201205338) y está clasificado como VIP («Very Importante Papel»). Sólo el 5% de los trabajos publicados a Angew. Chem. reciben esta distinción.

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El trabajo ha sido dirigido por Carme Rovira –profesora de Investigación ICREA en la UB, investigadora principal del grupo de Simulación Cuántica de Procesos Biológicos y miembro del Instituto de Química Teórica (IQTC) de UB– y Gideon Davies, profesor en la Universidad de York (Reino Unido), y en él también han participado los científicos del IQTC Javier Iglesias-Fernández, investigador predoctoral en el SQPBIO, y Albert Ardèvol, antiguo miembro del grupo. Las simulaciones se han realizado en el superordenador MareNostrum del Centro de Supercomputación de Barcelona (BSC).

Las enzimas a-manosidasas son las responsables de recortar y/o remodelar determinados carbohidratos unidos a proteínas. Estos carbohidratos tienen funciones importantes en procesos de reconocimiento y señalización celular. También son responsables de determinar qué proteínas han de ser degradadas debido a su incapacidad de adquirir la conformación (plegamiento) correcta. La alteración, deficiencia o exceso de alguno de estos carbohidratos está directamente relacionada con diversas enfermedades, como ciertos tumores o las llamadas enfermedades lisosomales.

La enzima investigada es la que rompe el enlace covalente entre dos unidades del monosacárido a-manosa en carbohidratos de fórmula Man8GlcNAc2 (Man = manosa, Glc = glucosa, GlcNAc = N-acetilglucosamina). A partir de estructuras del complejo carbohidrato-enzima, determinadas a resolución atómica, así como simulaciones de dinámica molecular cuántica, los investigadores han capturado el cambio de forma del carbohidrato durante la reacción enzimática. Los resultados obtenidos, además, muestran que el carbohidrato pierde totalmente la libertad de movimiento cuando se encuentra en el interior de la enzima (como un prisionero esposado de manos y pies) de forma que sólo son posibles dos conformaciones. Este es un aspecto clave para entender el funcionamiento a nivel molecular de las enzimas que degradan los carbohidratos en general.

El conocimiento de la estructura del carbohidrato durante la reacción enzimática (en particular, su conformación en el estado de transición o estado de más alta energía) es importante de cara al diseño de moléculas que imitan esta estructura (miméticos del estado de transición) y que actúen bloqueando la actividad de la enzima cuando no funciona correctamente.