Un equipo del CSIC establece el mecanismo de regulación de acumulación de nitrógeno como arginina en organismos verdes

VALENCIA 23 Oct. (EUROPA PRESS) -

Un grupo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descrito en cianobacterias el mecanismo por el que se regula en los organismos fotosintéticos (plantas, algas y cianobacterias) la síntesis de arginina, el aminoácido de mayor contenido en nitrógeno de los que constituyen las proteínas, y precursor en los animales de la urea. El hallazgo, que puede favorecer futuras aplicaciones en el campo biotecnológico, se publica esta semana en la edición digital de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Los investigadores del CSIC han conseguido explicar cómo se produce la interacción entre la proteína PII y la enzima N-acetil-L-glutamato quinasa (NAGK), dando lugar a un efecto activador de esta última en el caso de los organismos verdes. Este efecto conlleva una mayor producción de arginina, esencial para el almacenamiento de nitrógeno, dada la riqueza en nitrógeno de este aminoácido (cuatro átomos de nitrógeno por cada molécula de arginina, frente a uno en la mayoría de aminoácidos).

La investigación ha estado liderada por un grupo de investigadores del Instituto de Biomedicina de Valencia (CSIC), que dirige el profesor de investigación del CSIC Vicente Rubio, y en el que ha tenido particular protagonismo el investigador en formación José Luis Llácer. Asimismo, han colaborado los profesores Asunción Contreras, de la División de Genética de la Universidad de Alicante, Karl Forchhammer, de la Universidad de Tübingen (Alemania), e Ignacio Fita, del Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC).

Como explicó Vicente Rubio, "lo que nuestras investigaciones habían determinado previamente eran la estructura y funcionamiento de la enzima NAGK, presente en los organismos no animales y punto de control de la síntesis de arginina. Igualmente, se había descubierto que la NAGK es una de las dianas de la proteína PII, es decir, que ésta tiene un efecto regulador de la función de la enzima. Sin embargo, no se sabía ni cómo interaccionaban ni por qué era capaz PII de producir ese efecto activador sobre la NAGK".

En el artículo se utiliza una tecnología muy potente para determinar las estructuras de las proteínas, la difracción de rayos X, para establecer la arquitectura, la forma y los detalles de la estructura del complejo formado al unirse PII a la NAGK. Así se aclara cómo la proteína PII consigue frenar la inhibición de la actividad NAGK provocada por la arginina.

"En el complejo de PII con NAGK la enzima adopta una forma estructural particularmente activa. Por el contrario, la unión de la arginina a la NAGK en ausencia de PII favorece una conformación de la enzima en que los elementos catalíticos están alejados entre sí, lo que no favorece la actividad de la enzima, y por tanto queda paralizada la síntesis de arginina", concluyó Vicente Rubio.

ABANICO DE APLICACIONES

El hallazgo actual conlleva toda una serie de implicaciones que abarcan desde la ciencia básica a la aplicada. PII, la proteína señalizadora más ampliamente difundida en los seres vivos, aunque no en animales, presenta gran diversidad de dianas. Descifrar cómo interacciona PII con una de sus dianas puede ayudar a conocer cómo regula la actividad de otras.

La información obtenida tiene implicaciones biotecnológicas, dada la importancia de aumentar la eficacia de la fijación de nitrógeno por los organismos verdes, lo que conllevaría aumentando la eficacia en la producción de alimentos.

Además, la interacción entre PII y NAGK, al darse sólo en organismos verdes, constituye una posible diana para el desarrollo de herbicidas. Como la proteína PII es también un importante señalizador en bacterias causantes de enfermedades, pero no se encuentra en el ser humano, el conocimiento de cómo se forman sus complejos podría ayudar al desarrollo de agentes antimicrobianos.

"En realidad el conocimiento de cómo se regula la enzima NAGK puede resultar de especial interés desde el ámbito médico, para entender el funcionamiento de la enzima humana N-acetilglutamato sintasa (NAGS), cuyos fallos producen una enfermedad congénita en que estamos interesados, ya que NAGS y NAGK son homólogas, es decir, están codificadas por genes que derivan de un gen antecesor ancestral común. Precisamente es nuestro interés en la NAGS y en las mutaciones de la NAGS que producen su déficit en humanos lo que nos ha conducido, por un camino que nunca habríamos podido anticipar, a los hallazgos presentados en este artículo", explicó Vicente Rubio.

La arginina, en el caso de los humanos, es un compuesto intermedio esencial en la fabricación de urea. El déficit de NAGS, así como los de otras enzimas que participan en humanos en la síntesis de arginina y de urea (ciclo de la urea), hace imposible la eliminación del amonio como urea, producen grave toxicidad y riesgo de muerte poco después del nacimiento. Estas enfermedades son objeto de estudio del grupo de Vicente Rubio como parte del Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Raras (CIBERER) del Instituto de Salud Carlos III.