Moléculas a reacción

Blog de divulgación del Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea

¿Se puede descocer un huevo?

José I. García Laureiro, ISQCH

Quizá deberíamos empezar preguntándonos a quién le interesaría saber si se puede descocer un huevo. Pues a unos científicos, ¿a quién si no? La noticia ha escapado de los habitualmente opacos circuitos de las publicaciones especializadas para saltar a las redes sociales y las noticias: bioquímicos y químicos estadounidenses y australianos han conseguido, en colaboración, “descocer un huevo”, algo que hasta ahora se hubiera tenido como el paradigma de lo irreversible [1]. Bueno, ya sabemos lo que pasa con los titulares: tienden a ser un pelín sensacionalistas para captar la atención de los potenciales lectores. En realidad, lo que han conseguido estos investigadores es reconstituir algunas proteínas de una clara de huevo cocinada a 90º C. Para comprender bien el alcance de este logro, deberíamos primero entender qué pasa cuando hervimos una clara de huevo, o cualquier otra proteína.

Cristal y estructura molecular de la lisozima

Cristal y estructura molecular (secundaria y terciaria) de la lisozima

Las proteínas están compuestas por cadenas peptídicas, que a su vez constan de una serie de aminoácidos enlazados uno tras otro de una forma determinada, conocida precisamente como enlace peptídico. Estas cadenas pueden constar de decenas y hasta cientos de aminoácidos, escogidos de un selecto club de 20 miembros: el de los aminoácidos proteinogénicos. Cada proteína del organismo se caracteriza por una longitud y un orden determinado de los aminoácidos en la cadena (secuencia). Esto es lo se denomina estructura primaria de la proteína. Por ejemplo, la lisozima, un enzima que protege de las bacterias y que se encuentra en las lágrimas y la clara de huevo con idéntico propósito, consta de una secuencia de 185 aminoácidos. Pero la estructura primaria solo es el primer peldaño hacia la estructura proteica final. Las cadenas peptídicas, lejos de ser más o menos lineales, se organizan, retorciéndose, doblándose y enrollándose a causa de interacciones químicas que se establecen entre átomos de la cadena peptídica o entre átomos de la cadena y moléculas de agua o iones externos a la misma. Esto da lugar a estructuras tridimensionales, que se conocen como estructuras secundaria y terciaria de las proteínas. El proceso de formación de la estructura tridimensional a partir de la secuencia más o menos extendida de la cadena peptídica se conoce como plegamiento (o folding, en inglés). Es la estructura tridimensional la que proporciona funcionalidad a las proteínas. En el caso de la lisozima, su actividad como glicanohidrolasa, capaz de atacar algunos componentes de las paredes bacterianas, provocando su ruptura. En otros casos, como el del colágeno, proporcionando la resistencia y elasticidad que requieren muchos tejidos. ¿Qué pasa si la proteína pierde su estructura tridimensional nativa? Pues que deja de funcionar. El proceso de desplegado parcial o total de una proteína se conoce como desnaturalización.

Estructura primaria de la lisozima (cada letra mayúscula representa un aminoácido). Los símbolos sobre la secuencia indican la estructura secundaria de la proteina

Estructura primaria de la lisozima (cada letra mayúscula representa un aminoácido). Los símbolos sobre la secuencia indican la estructura secundaria de la proteina.

Esto es justo lo que sucede al cocer un huevo. Las proteínas de la clara se despliegan por acción del calor. Recordemos que la transmisión de calor provoca una mayor agitación atómica y molecular, lo que favorece la ruptura de esas interacciones responsables del plegamiento de las que hablábamos más arriba. Es como cuando recogemos un calcetín arrugado y lo agitamos para lograr que se despliegue por completo (¿no lo habéis hecho nunca? No me lo creo). Una vez desplegadas, pueden establecerse nuevas interacciones, pero entre unas cadenas y otras de las proteínas desnaturalizadas, lo que hace que se entrecrucen y formen una masa blanca sólida: la clara cocida de los huevos duros. Llegados a este punto, mejor comerse el huevo, porque por mucho que lo sigamos calentando, ya no volverá a su estado inicial… ¿o sí?

Como se desnaturaliza una proteína

Como se desnaturaliza una proteína mediante su desplegado

Lo que han hecho estos investigadores ha sido justamente eso: devolver a la clara su naturaleza líquida inicial, asegurándose de que por el camino las proteínas han recuperado su estructura tridimensional nativa original. Para ello, primero han roto las interacciones entre cadenas de distintas proteínas añadiendo urea, que es un pequeño compuesto orgánico muy indicado para la tarea. Esto devuelve a la clara su consistencia líquida, pero aún sigue compuesta de proteínas desnaturalizadas. Después, este líquido es sometido a un proceso de rotación a gran velocidad (unas 5000 revoluciones por segundo) en un tubo inclinado 45º. Esto hace que el fluido en su interior se desplace a distintas velocidades en función de su distancia al eje, estableciéndose tensiones de cizalladura entre las distintas capas de fluido. Imaginemos dos cintas rodantes, como las de los aeropuertos, situadas paralelamente, pero una de ellas moviéndose más rápido que la otra en la misma dirección. Si ponemos un pie en cada una de ellas, sufriremos una fuerza que tiende a separarlos, adelantando uno con respecto al otro: estaríamos sometidos a una tensión de cizalladura o esfuerzo cortante (en efecto, si nuestros pies estuvieran firmemente unidos a las cintas, acabaríamos cortados longitudinalmente, como el protagonista de El vizconde demediado, de Ítalo Calvino; no hagan la prueba en los aeropuertos).

Esquema del dispositivo de fluido en torbellino utilizado para renaturalizar la clara de huevo. El círculo de la derecha representa la vista ampliada del tubo con el fluido pegado a su pared

Esquema del dispositivo de fluido en torbellino utilizado para renaturalizar la clara de huevo. El círculo de la derecha representa la vista ampliada del tubo con el fluido pegado a su pared

Al estar sometidas a estas tensiones, las proteínas logran plegarse otra vez hasta sus formas nativas. ¿Cómo se demuestra esto? En el caso de la clara de huevo, los investigadores comprobaron que la actividad enzimática de la lisozima (nula en la clara desnaturalizada) se recuperaba más de un 80% con respecto a la clara original, tras solo 5 minutos de tratamiento a 5000 rpm en urea 1M. Por supuesto, la cosa no se quedó en la simple anécdota y en el mismo trabajo los investigadores demostraron que el procedimiento podía aplicarse a otras proteínas, de orígenes distintos, e incluso hasta tres veces mayores que la lisozima. Podríamos pensar que el replegamiento de las proteínas no debería ser una cosa difícil, habida cuenta que ellas solitas se pliegan cuando son sintetizadas. De alguna manera, la estructura primaria “sabe” como debe plegarse tridimensionalmente (lo que se conoce como dogma de Anfinsen). Sin embargo, las cosas no son tan sencillas. En ocasiones, las proteínas “se equivocan” al plegarse, lo cual puede tener dramáticas consecuencias. Un caso bien conocido es el de los priones, que dan lugar a la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, muy relacionada con el “mal de las vacas locas”. También se ha señalado a otras proteínas, los beta-amiloides, como responsables de la enfermedad de Alzheimer cuando se acumulan en placas por estar incorrectamente plegados. De hecho, existen unas proteínas, conocidas como chaperonas (carabinas, diríamos en España), cuya misión es evitar que las proteínas recién sintetizadas en las células interaccionen entre sí antes de que tengan tiempo de plegarse correctamente. Sí, proteína puedes salir del ribosoma a pasear, pero solo si te acompaña tu tía chaperona… algo pasado de moda, quizá, pero efectivo.

Estructura de una chaperona bacteriana. El hueco central es capaz de acomodar la proteina huésped.

Estructura de una chaperona bacteriana. El hueco central es capaz de acomodar la proteina huésped.

Precisamente, por ahí van los tiros de la importancia del descubrimiento que hemos comentado hoy. Obviamente, los investigadores no iban detrás de demostrar que se puede descocer un huevo (cosa que, por cierto, en ningún momento hacen, porque solo se ocupan de la clara), sino de que se pueden replegar proteínas defectuosas hasta su forma funcional. Esto es tremendamente importante para la industria de las proteínas recombinantes sobreexpresadas, normalmente en bacterias o levaduras (sí, estamos hablando de transgénicos, amigos), que tienen aplicaciones industriales, farmacéuticas, medioambientales y agrícolas, y que, en palabras de los autores del trabajo, representan un mercado de más de 160.000.000.000 US$ anuales. Al sobreexpresar proteínas de gran tamaño, a menudo se producen agregados inactivos. La recuperación del correcto plegamiento de estas proteínas mediante un procedimiento rápido y sencillo como el descrito en este trabajo, puede transformar la producción industrial de proteínas, haciéndolas más baratas y facilitando el desarrollo de nuevos tratamientos para enfermedades, como por ejemplo, la producción masiva de anticuerpos funcionales contra células cancerosas, expresándolos en bacterias. Y todo por aprender a descocer un huevo…


[1] Z. Yuan, C. F. G. Ormonde, S. T. Kudlacek, S. Kunche, J. N. Smith, W. A. Brown, K. M. Pugliese, T. J. Olsen, M. Iftikhar, C. L. Raston and G. A. Weiss, ChemBioChem 2015, 16, 393–396.


 CarnavalEste artículo participa en el XLIV Carnaval de Química – Edición Ru – alojado en el Blog de Melquiades de Guillermo Peris aka @waltzing_piglet.

Acerca de isqch

El Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (ISQCH) es un instituto de investigación química mixto entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza.

3 comentarios el “¿Se puede descocer un huevo?

  1. eduardo
    11/02/2015

    Excelente artículo. Gracias por informarnos. Me gustaría saber si se puede acceder a la publicación original.

    • jigarciaisqch
      11/02/2015

      Pues la publicación original no es de acceso público, sino solo para suscriptores de la revista, es decir, centros de investigación y universidades en su mayor parte.

  2. Fernando
    14/02/2015

    Me parece muy interesante el tema y magistralmente sintetizado en tu texto. Gracias José Ignacio por hacernos participes de estos nuevos resultados.

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