Equilibrar la especificidad y la promiscuidad en la evolución de las enzimas: transiciones de actividad...

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología evolutiva
• Biología estructural

Sus antecedentes:

• Las enzimas con alta eficiencia catalítica y promiscuidad son cruciales para la evolución funcional, lo que permite la adaptación sin pérdida de función.
• La superfamilia de la fosfatasa alcalina (AP) proporciona un modelo para estudiar la evolución de las enzimas debido a sus diversos miembros y capacidades catalíticas.

Objetivo del estudio:

• Seguir sistemáticamente la evolución de la especificidad y la reactividad en enzimas promiscuas dentro de la superfamilia AP.
• Investigar la zona de transición entre las arilsulfatasas (AS) y las hidrolasas de monoesteros de fosfonato (PMH) mediante el análisis comparativo de la estructura, la secuencia y la especificidad del sustrato.

Principales métodos:

• Análisis filogenético de las secuencias de proteínas para mapear las relaciones evolutivas.
• Análisis cinético para caracterizar las actividades enzimáticas y las aceleraciones de la velocidad.
• Cristalografía para comprender la estructura de la enzima y las interacciones del sustrato.

Principales resultados:

• Todas las enzimas caracterizadas exhibieron cuatro actividades distintas de fosfoesterasa y sulfoesterasa, con aceleraciones significativas de la velocidad tanto para las reacciones primarias como para las promiscuas.
• Se identificó una nueva clase de AS, muy parecida a las PMH conocidas, lo que indica una divergencia funcional no reconocida anteriormente.
• El análisis de las enzimas en transición reveló modelos de evolución funcional y compensaciones entre actividades.

Conclusiones:

• La promiscuidad catalítica está muy extendida en la superfamilia AP, sirviendo como trampolín para la evolución funcional.
• La exaptación molecular libre de compensación, ejemplificada por la especificidad invariante del sustrato en nuevos AS, permite la evolución sin pérdida inicial de la función primaria.
• Este mecanismo evolutivo proporciona una solución para evitar el conflicto adaptativo durante la aparición de nuevas funciones enzimáticas.