Proteínas ABC – La resistencia (y muchas otras cosas)

El ser humano siempre ha tenido la necesidad de clasificarlo todo; los animales, las plantas, los hongos… Y a medida que vamos comprendiendo más el mundo y su funcionamiento, la clasificación se hace mucho más grande y compleja, pero sobre todo

ToL

Árbol filogenético completo. En este gráfico circular podemos ver la diversidad conocida de seres vivos (para los partidarios de que los virus son vida; no, no están incluidos aquí) en su clasificación filogenética: arqueobacterias en verde, los eucariotas en rojo (vegetales, hongos, animales, protozoos y cromistas) y bacterias en azul.

profunda. ¿A qué me refiero con profunda? A que si antes clasificábamos los escarabajos o las bacterias, ahora también es necesario hacerlo con los lípidos y las proteínas.

 

Las proteínas se clasifican, al igual que el resto de objetos de la biología, con un sentido evolutivo, suponiendo esto el estudio de una evolución molecular. Así, podremos agrupar proteínas parcialmente diferentes que han surgido desde una única proteína (antepasado común) y que mantienen similitudes estructurales y, en muchos casos, funcionales. Algunos ejemplos son la familia de las proteínas PfEMP (esenciales para que Plasmodium cause la malaria; es responsable de la variación antigénica, capacidad que comparte con otros parásitos como hablábamos en Mortadelo, Brucei y otros genios del disfraz) y la familia Piwi (muy importante para la regulación celular), aunque también encontramos conjuntos de familias como es el caso de la superfamilia de transportadores ABC, de la cual hablaremos hoy.

Las proteínas ABC (transportadores con unión a ATP), forman una superfamilia que podemos encontrar en todos los reinos de la naturaleza y que va a tener una función clave; transportar moléculas a través de las membranas. Las diferentes familias que

ABC transporter

Estructura de una proteína ABC. En esta imagen vemos como la proteína cambia de un estado para tomar el sustrato (c) a otro para transportarlo (e). Además, vemos su estructura, una zona azul mayormente transmembrana y otra verde con la que se unirá al ATP (zona energética).

encontramos entre las ABC varían en su función y localización, pero tienen 2 partes características: una zona de unión a membrana y una zona energética, con la que rompe el ATP y produce energía, permitiendo que el transporte sea a contra-corriente.

 

 

¿Qué tipos de ABC hay?

Podemos encontrar transportadores ABC de muchos tipos. Según su función pueden participar en la reparación del ADN (familias E y F), en la regulación iónica de la célula (familia C), en el transporte de colesterol (familia A) o eliminando productos tóxicos para la célula (familia B; son la base de la resistencia a antimicrobianos. El ABCB1 es uno de los más estudiados). Si nos basamos en su conformación podemos distinguir entre transportadores parciales y transportadores completos. Los transportadores parciales son sólo la mitad de la estructura, por lo que tendrán que unirse a otro similar para ser funcional (puede ser un homodímero si las dos partes son exactamente iguales o un heterodímero si no lo son). Por último, podemos diferenciarlos según su estructura.

Como hemos dicho antes, todos tienen una estructura general, una zona de unión a membrana con la que se va a anclar a esta barrera que separa los dos medios que va a comunicar y otra de unión a nucleótidos (el ATP de donde va a sacar la energía es un nucleótido, por eso antes lo llamé zona energética). Sin embargo, hay diferencias que vemos en la imagen:

ABC DIVER.jpg

En el tipo I y II vemos que hay una zona que se unirá al sustrato (la molécula que va a transportar). ¿Cuál es la diferencia entonces del tipo I y II? Pues básicamente una zona reguladora (verde) que vemos en el tipo I y que no hay en el tipo II. Por otro lado, tenemos el tipo III que es capaz de importar moléculas sin necesidad de la zona de unión al sustrato. Esto parece ser gracias a un mecanismo que podemos llamar de foso; el transportador no expone nada en superficie, pero cuando se activa abre un poro por el que entra el sustrato y lo introduce en la célula. Por último, los exportadores que tienen una estructura parecida a los tipo III, pero sin dominio de regulación actuando como se ve en la figura siguiente.

ABC TRANSP.jpg

Mecanismos de exportación. La molécula sustrato se une a la zona interna del dominio de membrana a la vez que la energía en forma de ATP lo hace al dominio energético, lo que hace que se cierre el transportador. Entonces, se rompe el ATP y se produce energía, lo que abre el transportador y libera la molécula al exterior.

Cabe destacar, que los tipos I, II y III van a introducir moléculas, mientras que el exportador las va a sacar.

El sustrato va a unirse al transportador y, cuando se une el ATP se libera energía y se cambia la forma de la proteína, haciendo que se cierre la parte interna y se abra la externa, dejando salir el sustrato al exterior.

Resumiendo; las proteínas ABC son un conjunto de proteínas muy diferentes entre ellas que van a tener una función esencial: transportar moléculas entre los diferentes compartimentos de la célula y su ambiente para mantener estable la célula. Esto requiere transportar las moléculas contra-corriente, por lo que toman energía en forma de una molécula; el ATP.

Esta estabilidad, también se refiere a cuando añadimos un antibiótico y la bacteria lo elimina. Las proteínas ABC son clave en la resistencia a antibióticos para muchos microorganismos por su mecanismo efflux, que se refiere básicamente a que bombean al exterior los elementos tóxicos que les añadimos.

Esto nos muestra lo compleja que es una célula, formada a partir de muchas proteínas como estas, más o menos complejas que se coordinan con millones de azúcares, lípidos, iones… Y todo esto funcionando de un estable permitiendo que exista eso tan bello que llamamos VIDA. ¿No es maravilloso?

 

Para más información:

Structural diversity of ABC transportersStructural diversity of ABC transporters (Fuente de las imágenes)

Diversity in ABC transporters: Type I, II and III importersDiversity in ABC transporters: Type I, II and III importers

 

 

 

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