Todas las células utilizan distintos mecanismos de control de calidad para garantizar la funcionalidad y estabilidad de su respectiva diversidad de proteínas. 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). Por tanto, lo ideal es que las proteínas de una célula estén siempre correctamente plegadas y siempre presentes en la cantidad adecuada. A pesar de todos nuestros nobles esfuerzos, nuestro cuerpo es incapaz de garantizar este óptimo. En este artículo, le mostramos 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 conocer mejor la estructura molecular de las proteínas. Cada proteína se produce de forma similar. El primer paso, también conocido como transcripción , tiene lugar en el núcleo celular e implica la lectura y transcripción del ADN , nuestro material genético.
Esta información transcrita es entonces transportada fuera del núcleo celular y traducida (traducción). Esto significa que el lenguaje del ADN se traduce al lenguaje de las proteínas , es decir, que la proteína se ensambla a partir del plano del ADN. Ante todo, una proteína es 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 a funcionar, aún tienen que ser plegadas , lo cual es un proceso muy complejo. Por ejemplo, la cadena proteica puede retorcerse primero para formar una espiral, que se denomina hélice alfa por su forma típica. Esta forma es la estructura secundaria más común. Mediante otras etapas de plegamiento, las proteínas adquieren 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 descifrar la secuencia de aminoácidos (estructura primaria) de una proteína entera. Frederic Sanger fue capaz de descifrar la secuencia de aminoácidos de la 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 organismo cumplan sus funciones, necesitan algunos pasos intermedios. Sólo en la estructura terciaria los aminoácidos forman una estructura tridimensional que es funcional. Se necesita mucho trabajo antes de que lleguen.
Se deben formar nuevos enlaces y se forman puentes que contienen azufre entre los aminoácidos individuales. Todo se vuelve muy complejo y es extremadamente propenso a errores. Una unión incorrecta 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 las chaperonas. 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 carabina 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 de decencia en el organismo. Ayuda a que se plieguen nuevas proteínas o a que las proteínas rotas vuelvan a plegarse correctamente.
¿Sabía usted? ¿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 servir 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 incluyen la radiación ultravioleta, los metales pesados, el calor o el etanol. Por eso es importante prestar atención a los certificados pertinentes, sobre todo cuando se trata de alimentos o complementos alimenticios .
Estas influencias ambientales afectan a nuestras proteínas tanto como a nuestro ADN. Además, el estrés oxidativo -conocido coloquialmente como exceso de radicales libres- afecta al equilibrio proteico. Pero eso no es todo ER estrés.
ER significa retículo endoplásmico, un dispositivo en cada una de nuestras células cuya función podría describirse como un centro logístico. Este centro logístico puede sobrecargarse debido a la gran demanda y las mercancías ya no pueden entregarse correctamente. Lo que Amazon, Alibaba y co. causaría muchos problemas también es peligroso para la célula. Todas estas influencias pueden hacer que las proteínas se desdoblen y, por tanto, se vuelvan inútiles.
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 un aumento de proteínas de la familia del choque térmico. Se trata de proteínas muy resistentes que pueden estabilizar otras proteínas en situaciones de estrés celular. 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 desecharse. Lo que la incineradora de residuos o el centro de reciclaje hacen por nosotros, el proteasoma lo hace por el organismo. Junto con una pequeña proteína llamada ubiquitina (Ub), la molécula rota se etiqueta varias veces, se degrada y se descompone en sus 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 la eliminación interna de residuos de nuestra célula es la autofagia, que te hemos descrito como el duodécimo tipo de eliminación de residuos. El sello del envejecimiento con más detalle.
Hasta aquí la teoría. Por desgracia, en la práctica no hay garantías 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 en función de 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. El 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 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.
Las arrugas - top 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 frecuencia de estas patologías aumenta constantemente debido al aumento de la esperanza de vida.
La generación de chaperonas en respuesta al estrés también se reduce notablemente en 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. Los gusanos y moscas modificados genéticamente, por ejemplo, que producen más chaperonas, son especialmente longevos. También se observó una regulación al alza de algunas proteínas de choque térmico en cepas de ratones longevos.
Además, estudios en células de mamíferos muestran que la regulación de SIRT1 mejora la respuesta al choque térmico. SIRT1 pertenece a la familia génica de las sirtuinas, conocidas 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 esperanza de vida, pero nombrarlos a todos está 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? Efectivamente, hay muchos estudios al respecto.
Un enfoque pretende activar la estabilidad y el plegamiento de proteínas mediado por chaperonas. En el modelo de ratón, la inducción farmacológica de una proteína especial de choque térmico preservó la función muscular y ralentizó la progresión de ciertas enfermedades musculares. Los investigadores también utilizaron chaperonas en otros organismos modelo para mejorar los fenotipos relacionados con el envejecimiento. Las chaperonas de nuestros cuerpos no son, por tanto, sólo 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. Esto se consiguió con enzimas seleccionadas que han desarrollado su efecto dentro de esta compleja vía de señalización.
Eine Nahrungsergänzung mit Spermidin aktivierte beispielsweise das Autophagie-System. Se refiere a la degradación de estructuras celulares dañadas (como las proteínas). En términos simplificados, la función de la autofagia es similar a la del proteasoma que conocemos.
Arrugas - top para las proteínas, flop en la vejez
Cuando pensamos en las arrugas como un signo de la edad y, por tanto, un signo 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 frecuencia de estas patologías aumenta constantemente debido al aumento de la esperanza de vida.
La generación de chaperonas en respuesta al estrés también se reduce notablemente en 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. Los gusanos y moscas modificados genéticamente, por ejemplo, que producen más chaperonas, son especialmente longevos. También se observó una regulación al alza de algunas proteínas de choque térmico en cepas de ratones longevos.
Además, estudios en células de mamíferos muestran que la regulación de SIRT1 mejora la respuesta al choque térmico. SIRT1 pertenece a la familia génica de las sirtuinas, denominadas 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 esperanza de vida, pero nombrarlos a todos está 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? Efectivamente, 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 especial de choque térmico preservó la función muscular y ralentizó la progresión de ciertas enfermedades musculares. Los investigadores también utilizaron chaperonas en otros organismos modelo para mejorar los fenotipos relacionados con el envejecimiento. Las chaperonas de nuestros cuerpos no son, por tanto, sólo gentiles mujeres, sino también luchadoras en primera línea contra la edad.
Otro punto de partida es el proteasoma y otros mecanismos que sirven para descomponer las proteínas rotas, ya que los estudios demuestran que la actividad de estos sistemas disminuye con el aumento de la edad. Esto se consiguió con enzimas seleccionadas que han desarrollado su efecto dentro de esta compleja vía de señalización.
Eine Nahrungsergänzung mit Spermidin aktivierte beispielsweise das Autophagie-System. Se refiere a la degradación de estructuras celulares dañadas (como las proteínas). En términos simplificados, la función de la autofagia es similar a la del proteasoma que conocemos.
