Todas las células utilizan una gran cantidad de diferentes mecanismos de control de calidad para garantizar la funcionalidad y estabilidad de su respectiva diversidad de proteínas. En el ámbito científico, este proceso se denomina proteostasis. La proteostasis se compone de los dos términos proteoma (conjunto de proteínas que una célula puede producir) y homeostasis (equilibrio). En el mejor de los casos, las proteínas de una sola célula están siempre correctamente plegadas y presentes en la cantidad adecuada. A pesar de todos estos nobles esfuerzos, nuestro cuerpo no logra garantizar este óptimo. En este artículo te mostramos qué tienen que ver el envejecimiento y algunas enfermedades asociadas a la edad con una pérdida de proteostasis .
Del ADN a la cadena hasta la proteína
Primero debemos obtener una mejor comprensión de la estructura molecular de las proteínas. Cada proteína se fabrica de manera similar. El primer paso, también denominado transcripción , tiene lugar en el núcleo celular y se refiere a la lectura y copia del plano de construcción a partir del ADN , nuestra sustancia hereditaria.
A continuación, esta información copiada se transporta fuera del núcleo celular, así como se lleva a cabo una traducción (traducción). Esto significa que el lenguaje del ADN se traduce al lenguaje de las proteínas , es decir, la proteína se ensambla sobre la base del plano de construcción del ADN. En primer lugar, una proteína es entonces una larga cadena lineal de aminoácidos, similar a un collar de perlas. Esta secuencia suelta de aminoácidos se denomina Estructura primaria.
Para que las proteínas en estructura primaria puedan comenzar a realizar su trabajo, todavía deben plegarse , lo que constituye un proceso muy complejo. Primero, por ejemplo, la cadena de proteínas puede retorcerse, formando una espiral que, debido a su forma característica, se denomina hélice alfa. Esta forma es la estructura secundariamás frecuente. Mediante pasos adicionales de plegamiento, las proteínas adquieren una forma tridimensional: la estructura terciaria. En este estado se unen y colaboran con otras proteínas.
¿Lo sabías? El primer aminoácido que se descubrió fue la cistina, en 1810.Hasta 1953 no se logró descifrar por completo la secuencia de aminoácidos (estructura primaria) de una proteína. Frederic Sanger pudo descifrar la secuencia de aminoácidos de insulina .
Chaperonas: las damas de compañía de nuestro cuerpo
Como puedes ver en el diagrama, la secuencia de aminoácidos como estructura primaria no es suficiente. Para que las proteínas de nuestro cuerpo puedan cumplir sus funciones, necesitan algunos pasos intermedios. Solo en la estructura terciaria los aminoácidos forman una estructura tridimensional que es funcional. Hasta llegar a este punto, se requiere bastante trabajo.
Es necesario formar nuevos enlaces y se crean puentes que contienen azufre entre aminoácidos individuales.Todo esto se vuelve muy complejo y es extremadamente propenso a errores. Una unión incorrecta y la proteína queda inservible. Por eso existen varios controles de calidad en nuestro cuerpo, que deben garantizar que todo sea correcto.
Uno de estos controles de calidad son las chaperonas. Si a alguien le interesan Inglaterra y el idioma, entonces el significado suele estar ya bastante claro. Pequeña pista: se utiliza muy a menudo en la exitosa serie de Netflix «Bridgerton».
Una chaperona es, por lo tanto, una mujer mayor que acompaña a una más joven como protectora. Una dama de compañía inglesa es en el cuerpo algo así como una proteína de decoro. Esta ayuda, por un lado, a que las nuevas proteínas se plieguen y, por otro, a que las proteínas dañadas vuelvan a plegarse correctamente.
¿Lo sabías? ¿Cuántas proteínas hay en el mundo? La complejidad de la arquitectura de las proteínas es difícil de comprender. Por este motivo, los científicos han desarrollado una inteligencia artificial que puede predecir con alta probabilidad la forma tridimensional de una proteína. “AlphaFold” pudo predecir solo en el año 2022 215 millones de proteínas y su estructura terciaria. El trabajo de los investigadores de Bael se considera uno de los más importantes de los últimos años, ya que, con la ayuda de la inteligencia artificial, en el futuro se podrán desarrollar medicamentos y vacunas más rápidamente
Pérdida de la proteostasis: ¿cómo se producen las proteínas mal plegadas?
Entre el 40 y el 80% de todas las proteínas se pliegan de forma incorrecta y necesitan ayuda. Es una cantidad enorme. Es gibt einige Faktoren, die sich negativ auf die Proteinstruktur auswirken können. Dazu zählen radiación ultravioleta, metales pesados, calor o etanol. Gerade bei Lebensmitteln oder suplementos alimenticios ist es deshalb wichtig, auf entsprechende Zertifikate zu achten.
Proteostasis: cómo se defiende el cuerpo
La proteostasis abarca varios mecanismos en el esfuerzo por mantener el equilibrio. Por razones de claridad, centramos nuestra atención en dos de los mecanismos más importantes. Como reacción a influencias ambientales dañinas, la célula produce en mayor medida proteínas de la familia de las proteínas de choque térmico. Son proteínas muy resistentes que, en situaciones de estrés celular, pueden estabilizar otras proteínas. Lo logran en interacción con chaperonas.
Si la estabilización o la restauración del plegamiento correcto no tiene éxito, las proteínas son inicialmente inservibles y deben eliminarse. Lo que en nuestro caso realiza la planta de incineración de residuos o el punto de reciclaje, en el cuerpo lo lleva a cabo el proteasoma. Junto con una pequeña proteína llamada ubiquitina (Ub), la molécula dañada es marcada varias veces, degradada y descompuesta en sus aminoácidos individuales.
Todos estos sistemas trabajan de forma coordinada con el fin de restaurar o eliminar las proteínas mal plegadas. De este modo, el cuerpo es capaz de evitar la acumulación de componentes dañados y garantizar la renovación continua de las proteínas intracelulares. Otro componente de nuestro sistema de eliminación de residuos dentro de la célula es la autofagia, que te presentamos con más detalle como el 12.º Hallmark of Aging.
Hasta aquí la teoría.En la práctica, lamentablemente no hay garantía de que estos sofisticados mecanismos funcionen en todo momento. La palabra clave tiempo ya nos lleva al siguiente punto.
¿Lo sabías? En nuestro cuerpo existen diferentes proteínas de choque térmico. Se clasifican según su peso. Como su nombre indica, se activan, entre otras cosas, por el calor. Una de las mejores formas de hacerlo son cabinas de infrarrojos o sesiones de sauna. Un aumento de la concentración de proteínas de choque térmico se asocia a una serie de beneficios para la salud.
En un estudio, los investigadores pudieron demostrar que valores más altos de Hsp70 podían reducir el mediador inflamatorio interleucina-10.De este modo, los investigadores explican por qué la sauna puede ayudar con inflamaciones como la artritis.
Arrugas: excelentes en las proteínas, un fracaso en la vejez
Si en nuestra imaginación las arrugas son un signo de envejecimiento y, por tanto, tienen una connotación más bien negativa, en el caso de las proteínas, como sabemos hoy en día, ocurre exactamente lo contrario.
Numerosos estudios han demostrado que la proteostasis cambia con el aumento de la edad. La acumulación crónica de proteínas mal plegadas o no plegadas contribuye al desarrollo de algunas enfermedades relacionadas con la edad, como el Alzheimer, el Parkinson y las cataratas. La frecuencia de estas patologías aumenta continuamente debido a la creciente esperanza de vida.
La producción de chaperonas como respuesta al estrés también está notablemente reducida en la vejez. Estudios en modelos animales apoyan la hipótesis de que la disminución de chaperonas es la causa de una esperanza de vida reducida. Por ejemplo, gusanos y moscas modificados genéticamente que producen más chaperonas son especialmente longevos. También en cepas de ratones longevos se encontró una regulación al alza de algunas proteínas de choque térmico.
Además, estudios en células de mamíferos muestran que una regulación al alza de SIRT1 mejora la respuesta al choque térmico. SIRT1 pertenece a la familia génica de las sirtuinas, que debido a sus numerosos efectos relacionados con el envejecimiento se denominan vías de longevidad .Muchos otros experimentos y estudios aportaron evidencia científica de la relación entre la cantidad de chaperonas y la esperanza de vida; sin embargo, mencionarlos todos excedería el alcance de este artículo.
Proteostop
La investigación médico-biológica ya ha realizado una gran labor de esclarecimiento en relación con la proteostasis, pero ¿existen también puntos de partida concretos para detener el debilitamiento relacionado con la edad de la proteostasis? De hecho, hay muchos estudios al respecto.
Un enfoque se centra en activar la estabilidad y el plegamiento de las proteínas mediadas por chaperonas. En el modelo murino, la inducción farmacológica de una proteína de choque térmico específica preservó la función muscular y ralentizó la progresión de ciertas enfermedades musculares.En otros organismos modelo, los investigadores también utilizaron chaperonas y mejoraron así los fenotipos relacionados con la edad. Por lo tanto, las damas de compañía de nuestro cuerpo no son solo gentlewomen, sino también luchadoras en primera línea contra el envejecimiento.
Otro punto de partida son el proteasoma y otros mecanismos que sirven para la degradación de proteínas dañadas, ya que los estudios muestran que la actividad de estos sistemas disminuye con la edad. Esto se logró con enzimas seleccionadas que desplegaron su efecto dentro de esta compleja vía de señalización.
Un complemento alimenticio con espermidina activó, por ejemplo, el sistema de autofagia. Con esto se refiere a la degradación de estructuras celulares dañadas (como las proteínas). Simplificando, la autofagia se asemeja en su función al proteasoma que conocemos.
