Todas las células utilizan diversos mecanismos de control de calidad para garantizar la funcionalidad y estabilidad de su respectiva diversidad proteica. Los expertos denominan a este proceso proteostasis. La proteostasis se compone de los dos términos proteoma (totalidad de proteínas que puede producir una célula) y homeostasis (equilibrio). Idealmente, las proteínas de una célula individual están siempre correctamente plegadas y siempre presentes en la cantidad adecuada. A pesar de todos nuestros nobles esfuerzos, nuestro organismo no consigue garantizar este óptimo. En este artículo, le mostraremos qué tienen que ver el envejecimiento y algunas enfermedades asociadas a la edad con una pérdida de proteostasis
Desde el ADN pasando por la cadena hasta la proteína
En primer lugar, debemos comprender mejor la estructura molecular de las proteínas. Cada proteína se produce de una manera similar. El primer paso, también conocido como transcripción , tiene lugar en el núcleo celular y consiste en leer y transcribir el plano del ADN nuestro material genético.
Esta información transcrita se transporta fuera del núcleo celular y se traduce (traducción). Esto significa que el lenguaje del ADN se traduce en lenguaje proteico, es decir, la proteína se ensambla sobre la base del plano del ADN. Ante todo, 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 empiecen su trabajo, aún tienen que plegarse, lo cual es un proceso muy complejo. Primero, por ejemplo, la cadena proteica puede retorcerse para formar una espiral, que se denomina hélice alfa por su forma típica. Esta forma es la estructura secundariamás común. Mediante otros pasos de plegamiento, las proteínas alcanzan una forma tridimensional: la estructura terciaria. En este estado, se combinan y trabajan junto con otras proteínas.
¿Sabías que El primer aminoácido descubierto fue la cistina en 1810. Hubo que esperar hasta 1953 para que una proteína entera fuera descifrada en su secuencia de aminoácidos (estructura primaria). Frederic Sanger fue capaz de descifrar la secuencia de aminoácidos de insulina .
Chaperonas - las chaperonas de nuestro cuerpo
Puedes ver en el diagrama que la secuencia de aminoácidos como estructura primaria no es suficiente. Para que las proteínas de nuestro cuerpo realicen sus tareas, necesitan varios pasos intermedios. Sólo en la estructura terciaria los aminoácidos forman una estructura tridimensional que es funcional. Se necesita mucho trabajo antes de que puedan llegar allí.
Hay que hacer nuevas conexiones y se forman puentes que contienen azufre entre los aminoácidos individuales. Todo el proceso es muy complejo y muy propenso a errores. Un enlace incorrecto y la proteína es incapaz de funcionar. Por eso existen varios controles de calidad en nuestro organismo para garantizar que todo sea correcto.
Uno de estos controles de calidad son los chaperones. Si alguien se interesa por Inglaterra y la lengua, el significado suele estar ya claro. Un pequeño consejo: se utiliza a menudo en la exitosa serie de Netflix "Bridgerton".
Una chaperona es, por tanto, una mujer mayor que acompaña a una más joven como protectora. Una chaperona de Inglaterra es entonces algo así como una proteína chaperonaen el cuerpo. Esta ayuda a las nuevas proteínas a plegarse o a las proteínas rotas a volver a plegarse correctamente.
¿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 capaz de predecir la forma tridimensional de una proteína con un alto grado de probabilidad. "AlphaFold" fue capaz de predecir 215 millones de proteínas y su estructura terciaria sólo en 2022. El trabajo de los investigadores de Bael se considera uno de los más importantes de los últimos años, porque la inteligencia artificial puede utilizarse para desarrollar fármacos y vacunas más rápidamente en el futuro
Pérdida de proteostasis - cómo se producen las proteínas mal plegadas
Entre el 40 y el 80% de todas las proteínas están mal plegadas y necesitan ayuda. Es una cifra enorme. Hay varios factores que pueden tener un efecto negativo en la estructura de las proteínas. Entre ellos se encuentran la radiación ultravioleta, los metales pesados, el calor o el etanol. Por lo tanto, es importante prestar atención a los certificados pertinentes, especialmente en el caso de los alimentos o complementos alimenticios .
Proteostasis - cómo se defiende el cuerpo
La proteostasis implica una serie de mecanismos en un esfuerzo por mantener el equilibrio. En aras de la claridad, nos centraremos en dos de los mecanismos más importantes. En respuesta a influencias ambientales nocivas, la célula produce más proteínas de la familia del choque térmico. Se trata de proteínas muy resistentes que pueden estabilizar otras proteínas en situaciones de estrés celular. Esto lo consiguen en interacción con chaperonas.
Si la estabilización o restauración del plegamiento correcto no tiene éxito, las proteínas son inutilizables por el momento y deben ser eliminadas. Lo que la planta incineradora de residuos o el centro de reciclaje hacen por nosotros, el proteasomalo hace en el organismo. Junto con una pequeña proteína llamada ubiquitina (Ub), la molécula rota se etiqueta varias veces, se degrada y se descompone en los aminoácidos individuales.
Todos estos sistemas trabajan de forma coordinada para restaurar o deshacerse de las proteínas mal plegadas. Esto permite al organismo evitar la acumulación de componentes dañados y garantizar la renovación continua de las proteínas intracelulares. Otro componente de nuestra eliminación interna de desechos celulares es laautofagia, que le presentaremos con más detalle como el duodécimo sello distintivo del envejecimiento.
Hasta aquí la teoría. En la práctica, por desgracia, no hay ninguna garantía de que estos sofisticados mecanismos funcionen en todo momento. La palabra clave tiempo ya nos lleva al siguiente punto.
¿Sabías que? Existen varias proteínas de choque térmico en nuestro cuerpo. Se clasifican según su peso. Como su nombre indica, se activan por el calor, entre otras cosas. Una de las mejores formas de hacerlo son las cabinas de infrarrojos o saunas. Un aumento de la concentración de proteínas de choque térmico se asocia con una serie de beneficios para la salud.
En un estudio, los investigadores pudieron demostrar que unos niveles más altos de Hsp70 eran capaces de reducir el mediador inflamatorio interleucina-10. Esto explica por qué la sauna puede ayudar con inflamaciones como la artritis.
Arrugas - arriba para las proteínas, flop en la vejez
Cuando pensamos en las arrugas como un signo de la edad y, por tanto, negativo, ahora sabemos que ocurre lo contrario con las proteínas.
Muchos estudios han demostrado que la proteostasis cambia con el aumento de la edad. La acumulación crónica de proteínas mal plegadas o desplegadas contribuye al desarrollo de algunas enfermedades relacionadas con la edad, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y las cataratas. La incidencia de estas patologías aumenta constantemente debido al aumento de la esperanza de vida.
La producción de chaperonas en respuesta al estrés también se reduce notablementeen la vejez. Los estudios en modelos animales apoyan la hipótesis de que el agotamiento de las chaperonas es la causa de la reducción de la esperanza de vida. Por ejemplo, los gusanos y las moscas modificados genéticamente, que producen más chaperonas, son especialmente longevos. También se ha observado una regulación al alza de algunas proteínas de choque térmico en cepas de ratón longevas.
Además, estudios en células de mamíferos muestran que la regulación al alza de SIRT1 mejora la respuesta al choque térmico. SIRT1 pertenece a la familia génica de sirtuinas, que se conocen como vías de la longevidad debido a los numerosos efectos asociados al envejecimiento. Muchos otros experimentos y estudios han aportado pruebas científicas de la relación entre la cantidad de chaperonas y la longevidad, pero nombrarlos todos queda fuera del alcance de este artículo.
Proteostop
Así que la investigación médico-biológica ya ha arrojado mucha luz sobre la proteostasis, pero ¿hay alguna forma tangible de detener el debilitamiento de la proteostasis relacionado con la edad? De hecho, hay muchos estudios al respecto.
Un enfoque pretende activar la estabilidad y el plegamiento de las proteínas mediado por chaperonas. En el modelo de ratón, 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 para mejorar los fenotipos relacionados con el envejecimiento. Las chaperonas de nuestro cuerpo no sólo son gentiles mujeres, sino también luchadoras en primera línea contra la edad.
Otro punto de partida es el proteasoma y otros mecanismos que sirven para degradar las proteínas rotas, ya que los estudios demuestran que la actividad de estos sistemas disminuye con el aumento de la edad. Para ello se han seleccionado enzimas que han desarrollado su efecto dentro de esta compleja vía de señalización.
La suplementación alimentaria con espermidina activó el sistema de autofagia, por ejemplo. Esto se refiere a la degradación de estructuras celulares dañadas (como las proteínas). En términos simplificados, la autofagia es similar en función al proteasoma que conocemos.
