Los condensados biomoleculares revelan una sorprendente actividad como catalizadores
Unos investigadores descubren las «condenzimas», que contribuyen a las funciones bioquímicas de las células
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Los condensados biomoleculares son omnipresentes en las células vivas, incluidas las bacterias, los virus, las plantas y los sistemas de los mamíferos. Estos cuerpos sin membrana, o comunidades moleculares formadas por ADN, ARN y proteínas, son el lugar donde las moléculas, tanto grandes como pequeñas, de la célula se reúnen para coordinar diversas reacciones bioquímicas.
La separación de fases, en la que las moléculas se separan del medio celular de forma similar a como se separan el aceite y el agua, es la fuerza motriz que impulsa la formación de condensados biomoleculares con composiciones distintas. La mayoría de los investigadores se han centrado en las proteínas y los componentes de ácidos nucleicos —que almacenan, transmiten y expresan la información genética en las células vivas— y en su contribución a la formación de condensados.
Un nuevo trabajo dirigido por Yifan Dai, profesor adjunto, y Rohit V. Pappu, profesor distinguido Gene K. Beare —ambos del Departamento de Ingeniería Biomédica y del Centro de Condensados Biomoleculares de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en San Luis— les ha llevado a descubrir «condenzimas», es decir, actividades catalíticas inherentes a los condensados, a pesar de que estos no cuentan con los componentes necesarios para actuar como catalizadores por sí mismos. La unión de moléculas mediante la separación de fases da lugar a la propiedad emergente de funcionar como catalizadores.
Los investigadores de los laboratorios de Dai y Pappu demostraron que los condensados formados por proteínas intrínsecamente desordenadas pueden generar campos eléctricos en sus superficies que catalizan reacciones como la esterólisis —que descompone los ésteres en un ácido y un alcohol— y la hidrólisis, en la que se utiliza agua para romper enlaces químicos.
En colaboración con colegas de las universidades de Columbia, Stanford y Harvard, los investigadores demostraron que la combinación del campo eléctrico superficial y los cambios fundamentales en las propiedades de las moléculas de agua en las interfaces de los condensados contribuye a la capacidad de estos para actuar como catalizadores. Además, demostraron que los condensados, que funcionan como «condenzimas», pueden catalizar la hidrólisis de diversos compuestos, lo que permite la descomposición de los ácidos nucleicos, así como la hidrólisis del trifosfato de adenosina (ATP), que transporta energía a través de las células.
«Estas condenzimas catalizan la hidrólisis de un conjunto diverso de moléculas», afirmó Dai. «Se ha demostrado que esta capacidad única de los condensados es válida en las células bacterianas, lo que cambia nuestra forma de entender cómo se establece el panorama bioquímico en las células vivas».
Dai y Pappu señalaron que su colaboración combinó los conocimientos electroquímicos del laboratorio de Dai con la modelización computacional y los conocimientos bioquímicos del laboratorio de Pappu, basándose en investigaciones previas de ambos laboratorios.
«Vemos que estos resultados pueden dar lugar a una revolución, ya que ahora contamos con un nuevo arquetipo de catalizadores que debemos tener en cuenta al analizar las reacciones bioquímicas en las células», afirmó Pappu.
Dai y Pappu han estado sentando las bases para estos resultados durante los últimos años. El laboratorio de Dai descubrió recientemente que los condensados biomoleculares desempeñan el papel de enzimas en el ciclo metabólico de las células. En un artículo publicado en 2023 en la revista *Chem*, Dai y sus colegas informaron de que la interfaz de los condensados biomoleculares posee un potencial eléctrico, y que el campo eléctrico interfacial puede impulsar reacciones redox. El laboratorio de Pappu demostró que los condensados naturales, como los nucléolos, se definen por gradientes de pH y que, a pesar de ser estructuras sin membrana, los condensados se caracterizan por potenciales similares a los de las membranas. El descubrimiento de las «condenzimas» marca una nueva etapa en la comprensión, en rápido avance, de las funciones de los condensados.
Las funciones de los condensados han sido objeto de debate, señaló Pappu, lo que ha llevado a algunos a sugerir que los condensados podrían ser meros espectadores en las células. Estos hallazgos cuestionan esa hipótesis, afirmó.
«La conclusión es que las células deben de haber desarrollado mecanismos para aprovechar las funciones catalíticas inherentes de las condenzimas, o bien deben de haber adaptado mecanismos que atenúen dichas funciones», afirmó Pappu. «En cualquier caso, los hallazgos cambian nuestra forma de concebir los condensados en las células vivas, ya que es probable que las implicaciones para la fisiología celular, enfermedades como el cáncer y la neurodegeneración, y el campo de la biología sintética sean de considerable importancia».
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