Investigadores de Marburgo descifran la secuencia de una de las enzimas más grandes de la naturaleza

«Este complejo enzimático demuestra de forma impresionante cómo la naturaleza ha construido máquinas moleculares complejas para generar energía de manera eficiente en condiciones extremas. Lo que nos resulta especialmente emocionante es que no solo hemos podido dilucidar la estructura de este enorme sistema, sino también observar con qué flexibilidad los microorganismos adaptan su metabolismo energético a su entorno», afirma el profesor Dr. Jan Schuller.

El complejo enzimático estudiado es impresionantemente grande: tiene una masa molecular de unos ocho megadaltones y un diámetro de aproximadamente 50 nanómetros. Esto lo convierte en uno de los complejos enzimáticos más grandes que se conocen. A modo de comparación: muchas enzimas, como las que proporcionan energía a las células mediante el metabolismo del azúcar, son significativamente más pequeñas, con unos 120 kilodaltones. El supercomplejo está formado por un total de 252 subunidades proteicas y contiene más de 600 de los denominados cofactores, pequeños componentes moleculares que son cruciales para el funcionamiento de la enzima.

Gracias a la compleja organización estructural de sus numerosos componentes, el complejo enzimático es capaz de encadenar de manera eficiente varias etapas de reacción. Esto permite una transferencia rápida y selectiva de electrones, un proceso clave para la producción de energía en determinados microorganismos.

Una clave molecular para la formación de metano

El complejo se ha aislado del microorganismo Methanococcus maripaludis. Este pertenece al grupo conocido como arqueas metanogénicas: organismos unicelulares que pueden vivir sin oxígeno y que se encuentran en entornos extremos. Sus hábitats abarcan desde fuentes termales y sedimentos profundos hasta ecosistemas salinos, como las marismas salinas de la costa alemana del mar del Norte.

Estos microorganismos utilizan hidrógeno para convertir el dióxido de carbono (CO₂) en metano (CH₄). Junto con el dióxido de carbono, el metano es uno de los gases de efecto invernadero más importantes y contribuye al calentamiento global. Por lo tanto, una mejor comprensión de la producción biológica de metano ayuda a evaluar mejor el papel de dichos microorganismos en los ciclos globales del carbono y en el contexto del cambio climático.

Descubierta una sorprendente capacidad de adaptación

Mediante la microscopía crioelectrónica, el equipo de Marburgo no solo pudo visualizar la estructura del complejo enzimático, sino también identificar una característica inesperada: en alrededor del 18 % de las partículas examinadas, se había incorporado una formiato deshidrogenasa en lugar de una hidrogenasa que utiliza hidrógeno.

Esta observación demuestra la gran adaptabilidad de los microorganismos anaeróbicos. Si su entorno cambia —por ejemplo, debido a una disponibilidad limitada de hidrógeno—, pueden sustituir específicamente componentes del complejo y, de este modo, adaptar su producción de energía. Además de estudiar complejos aislados en el laboratorio, el grupo de investigación también utilizó la tomografía crioelectrónica para analizar las enzimas directamente en su entorno natural dentro de la célula. Los resultados muestran que los superensamblajes se dan en alta densidad dentro de las células y, presumiblemente, desempeñan un papel central en el flujo de electrones y la producción de energía en la vía metabólica.

Así pues, el estudio aporta nuevos conocimientos sobre el funcionamiento de un sistema biológico excepcionalmente grande y demuestra cómo los microorganismos se adaptan a condiciones de vida extremas mediante máquinas moleculares altamente complejas.