Transferencia de electrones entre proteínas: de la cinética a la molécula única

El proceso de transferencia de electrones entre proteínas constituye la base de muchas reacciones que son fundamentales para los seres vivos. La fotosíntesis, la respiración, la fijación de nitrógeno, la desaturación de los ácidos grasos, etc son ejemplos representativos. En ellos, las proteínas que intercambian electrones deben interaccionar durante un muy breve espacio de tiempo para que el electrón/es pase(n) de una proteína a la otra. Durante más de 25 años nuestro grupo ha investigado el mecanismo mediante el cual se produce el reconocimiento entre las proteínas que deben interaccionar. El trabajo se ha centrado en el estudio de la enzima Ferredoxina NADP+ reductasa, que interviene en la producción de NADPH en la fotosíntesis y sus proteínas complementarias, la Ferredoxina (Fd) y la Flavodoxina (Fld), todas ellas de la cianobacteria Anabaena PCC 7521. Técnicas cinéticas, tanto en estado estacionario como preestacionario (inducida por láser y de flujo interrumpido) junto con el empleo de muestras mutadas en posiciones concretas han permitido concluir que la interacción se inicia mediante la orientación de las superficies de reconocimiento por atracción electrostática seguida por una reorganización de ambas moléculas mediante interacciones hidrofóbicas.
La cristalización y resolución de la estructura del complejo entre la FNR y la Fd de Anabaena han ratificado nuestra propuesta al determinar que los grupos propuestos para la interacción están próximos en el complejo y que los centros redox se encuentran a distancias que son compatibles con la reacción.
Recientemente hemos iniciado una línea de trabajo que se apoya en el uso de la Microscopía de Fuerzas Atómicas (AFM) para estudiar el proceso de interacción desde el punto de vista de la molécula individual. La razón de esta decisión está en la esperanza de que la observación directa de las moléculas que interaccionan permita mostrar detalles del proceso que no son asequibles mediante el estudio del conjunto de los componentes de la reacción.
Se ha desarrollado una estrategia que permite inmovilizar las proteínas con la orientación adecuada para que se produzca la interacción con su pareja y medir la eficiencia del proceso de acercamiento así como la magnitud de la fuerza ejercida. Los resultados de la medida de las fuerzas intermoleculares de los complejos transitorios entre las proteínas implicadas en la transferencia de electrones se interpretan de acuerdo con el modelo propuesto anteriormente que indicaba que la interacción FNR:Fd es más fuerte y específica que la que se presenta en la FNR:Fld. Las mayores fuerzas de ruptura medidas entre la FNR y la Fd frente a las obtenidas entre la FNR y la Fld indican la mayor mecanoestabilidad del complejo entre la FNR y su pareja natural la Fd.