Ilustración de la enzima citrato sintasa que se ensambla en estructuras fractales triangulares
Cortesía de Franziska L. Sendker
Una bacteria ha desarrollado una enzima que se ensambla en una estructura fractal, un patrón matemático que se repite a escalas más pequeñas.
Los patrones fractales se encuentran en toda la naturaleza en grandes escalas macroscópicas, como en brócoli romanesco o plantas de helechos, pero hasta ahora nunca han sido identificadas a escala molecular.
Georg Hochberg en el Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre en Marburg, Alemania, y sus colegas descubrieron el fractal molecular en una enzima utilizada por la cianobacteria Synechococcus elongatus. La enzima citrato sintasa es utilizada por una amplia variedad de organismos como parte del ciclo de Krebs, una serie de reacciones químicas que generan energía. Pero en S. elongatus, la enzima puede tomar la forma inusual de un triángulo que contiene espacios triangulares cada vez más pequeños, conocido como triángulo de Sierpiński.
Imagen de microscopio electrónico de una estructura fractal triangular formada por monómeros enzimáticos
Cortesía de Franziska L. Sendker
La citrato sintasa consta de un único bloque de construcción, o monómero, que puede ensamblarse en diferentes formas, algunas de las cuales ayudan a descomponer las moléculas en el ciclo de Krebs. Utilizando un microscopio electrónico, Hochberg y su equipo descubrieron que en S. elongatus, los monómeros pueden ensamblarse en una forma triangular que contiene seis monómeros, que a su vez pueden combinarse con otros dos para formar una forma de 18 monómeros. Luego, este puede combinarse con dos más para formar una forma de 54 monómeros, que nuevamente es triangular y se asemeja a un triángulo de Sierpiński.
Al comparar la enzima fractal con secuencias genéticas de otras bacterias, el equipo también rastreó su historia evolutiva. «Apareció muy repentinamente y casi inmediatamente fue perdido nuevamente por algunas versiones diferentes de bacterias, y solo permaneció en esta cianobacteria, lo que hace que nuestro descubrimiento sea casi más extraño, porque nuestras posibilidades de encontrarlo eran básicamente cercanas». cero”, afirma Hochberg.
Aunque los investigadores sospechan que la forma fractal puede haberle dado a la bacteria alguna ventaja evolutiva, no pudieron encontrar ningún efecto obvio causado por la eliminación de la enzima en experimentos de laboratorio. «A las cianobacterias no parece importarles en absoluto si están ahí o no», dice un miembro del equipo Franziska Sendker, también en el Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre.
«Tal vez en realidad podría haber más de estas formas complejas, parecidas a fractales, en la naturaleza, simplemente porque la gente realmente no las ha buscado», dice Ard Luis en la Universidad de Oxford. “Los fractales son simples, algorítmicamente. Deberían ser relativamente fáciles de evolucionar. Incluso si no son adaptativos, es muy posible que existan en una gama más amplia de complejos proteicos”.
Sería interesante ver si la estructura triangular bidimensional se puede combinar en formas tridimensionales como un tetraedro, afirma Nico Bruns en la Universidad Técnica de Darmstadt en Alemania. «Se crearía un recipiente de tamaño nanométrico con bordes definidos con un interior y un exterior, y luego estarías en el ámbito de las jaulas y cápsulas de proteínas que puedes usar para encapsular y liberar productos y otras moléculas de interés».
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