INVESTIGADORES SEVILLANOS ESTUDIAN LA QUÍMICA MENOS CONOCIDA DE LOS CARBOHIDRATOS

Fuente: Santi Folch / Programa para la Formación de Monitores en Materia de Divulgación del Conocimiento. 

La glicómica es el estudio comprensivo de la labor de los carbohidratos en los organismos. Un campo al que el Instituto de Investigaciones Químicas hispalense, centro mixto del CSIC y la Universidad de Sevilla en el que trabajan el investigador Pedro Nieto y su grupo, lleva años dedicando una atención especializada. Fruto de ella es la presente investigación, centrada en la capacidad de una familia de glúcidos naturales, los glicosaminoglicanos (GAG), para regular una gran variedad de funciones biológicas esenciales. Se trata de un proyecto de excelencia incentivado con 296.868 euros por la Consejería de Economía, Innovación y Ciencia de la Junta de Andalucía.

“Los hidratos de carbono GAG intervienen en procesos de gran importancia para la vida, más allá de la mera faceta metabólica, de aporte de energía, que se adjudica habitualmente a este tipo de biomoléculas”, destaca Pedro Nieto, responsable del proyecto. “Concretamente, desempeñan un papel vital durante el control del crecimiento y la diferenciación celular, en el sistema inmune, cuando se producen infecciones por patógenos e incluso en el desarrollo tumoral”, subraya.

El proyecto que dirige este científico se interesa por la relación existente entre todos estos procesos y la “rica diversidad química” de los carbohidratos GAG. Según señala, esta familia de glúcidos ejerce su función mediante la formación de complejos con diversas proteínas, es decir, uniéndose a ellas. “Los agregados supramoleculares que ambas conforman son consecuencia de las estructuras físicas y químicas de estas sustancias, algo así como lo que sucede con una cerradura y su llave, para entendernos”, indica. La comprensión de las bases moleculares de estas interacciones GAG-proteína es crucial para los investigadores, puesto que es la manera de poder llegar a manipularlas.

En concreto, la investigación del grupo se centra en una de estas interacciones, la producida entre la heparina (un glúcido GAG) y dos proteínas muy diferentes: las relacionadas con el factor de crecimiento para fibroblastos -células estructurales de diversos tejidos- y la antitrombina, que actúa como anticoagulante en la sangre.

Tal y como explica Pedro Nieto, el hecho de que el glúcido se combine con proteínas tan dispares plantea interrogantes científicos. “Si la heparina se relacionara con las dos a la vez y de igual manera, se producirían hemorragias a la hora de crecer”, indica. De esta forma, conocer la forma en que el cuerpo logra que el carbohidrato interactúe sólo con una de ellas según la necesidad del momento es uno de los objetivos del estudio. Esta alternancia “podría estar relacionada con el lugar ocupado en la molécula por ciertos sulfatos, que forman parte de la heparina aunque su ubicación puede variar”, apuntan los investigadores.

Según añade Pedro Nieto, las proteínas que se van a usar en el estudio están muy alejadas entre sí, “siendo elegidas precisamente por ello”. En el primer grupo se encuentra la antitrombina, que se une a la heparina para dar lugar a la antitrombina III, una glucoproteína que actúa 1.000 veces más rápido que la antitrombina por sí sola (el glúcido funciona en este caso como catalizador de la acción anticoagulante). El segundo grupo está formado por dos proteínas relacionadas con el factor de crecimiento para fibroblastos, las células más comunes del tejido conectivo (situado entre los órganos, vasos sanguíneos, etc…, encargándose de conferir sostén e integración al organismo), a las que también se une la heparina de cara a realizar su función.

Tal y como explica el científico del CSIC, “en el segundo caso el carbohidrato se combina con la proteína de forma más flexible que en el primero, requiriendo la unión heparina-antitrombina de una configuración molecular mucho más exacta y concreta”. Un resultado del estudio, que interesa mucho al equipo, será precisamente la determinación de estas configuraciones moleculares implicadas. “Nos hará progresar en la comprensión profunda de estas interacciones, aportando la visión combinada de química, bioquímica y estructura molecular tridimensional”, señalan los científicos.

El equipo subraya que, una vez conocidas en detalle estas interacciones a nivel molecular, se habrá dado un gran paso adelante de cara a cualquier proceso de interacción glúcido-proteína. Tal y como indican, “esta relación es de vital importancia en los seres vivos, y se encuentra presente en numerosos trastornos, incluyendo el crecimiento del cáncer”.

Glúcidos, moléculas con un amplio papel biológico

Los hidratos de carbono están presentes en muchos procesos vitales en los seres vivos, más allá de la función de almacenamiento y consumo de energía que normalmente se les atribuye.

De esta forma, los glúcidos desempeñan diferentes funciones: energética, pero también estructural y de otros tipos, como la señalización celular (procesos mediante los cuales una célula convierte un determinado estímulo exterior en otra señal o respuesta específica). El primer caso, el de los carbohidratos que actúan como “combustible biológico” para las células, resulta imprescindible para mantener la actividad muscular, la temperatura corporal, la tensión arterial, el correcto funcionamiento del intestino o la actividad de las neuronas, entre otros muchos procesos.

Los glúcidos de tipo estructural pueden formar tramas esqueléticas muy resistentes, como puede ser el caso de la celulosa en las plantas –a las que confieren rigidez y forma-, o de la quitina que conforma los exoesqueletos de los arácnidos, crustáceos o insectos. Son por tanto una parte fundamental de la morfología de estos organismos.

Pero los hidratos de carbono juegan otros muchos papeles adicionales en los seres vivos, como por ejemplo el de formar parte de la unidad básica del ADN y el ARN (en el nucleótido, junto a una base nitrogenada y un ácido fosfórico). Constituyen de hecho un campo de estudio (la glicómica) a cuyo esclarecimiento se dedican muchos equipos de investigación en el mundo, además del encabezado por Pedro Nieto en el Instituto de Investigaciones Químicas de Sevilla.

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Miembros del Instituto de Investigaciones Químicas de Sevilla, uno de los centros mixtos del CSIC y la Universidad hispalense del cicCartuja.

Complejo formado por carbohidratos y proteínas, recreación virtual en 3D.

Más información:

Pedro Nieto
Investigador científico del CSIC
Instituto de Investigaciones Químicas de Sevilla – Grupo de Carbohidratos
Tel.: 954 48 95 68
Email: pedro.nieto@iiq.csic.es