Robert
Deyes[*]
Las
proteínas se pliegan mientras se desmorona el darwinismo
Una
reseña de The
Case Against A Darwinian Origin Of Protein Folds [El argumento
contra un
origen darwinista del plegado de las proteínas], por Douglas
Axe, Bio-Complexity,
Número 1, pp. 1-12.
Las proteínas adoptan
una estructura de orden superior (por ejemplo: hélices alfa y
láminas beta) que
definen sus dominios funcionales. Hace años, Michael Denton
y Craig
Marshall examinaron este orden estructural superior en las
proteínas y propusieron
que los patrones de plegado de las proteínas se pueden
clasificar en un número
finito de familias específicas cuya construcción pudiera
resultar limitada por
una serie de leyes naturales subyacentes (1). En su última
crítica, el
biólogo molecular Douglas Axe, del Biologic Institute, ha
planteado la cuestión
siempre pertinente de si la evolución darwinista es una
explicación adecuada
del origen de la estructura de los pliegues de las estructuras de las
proteínas, dado el gran espacio de búsqueda de posibles
combinaciones de
secuencias de proteínas que existe para proteínas de una
longitud moderada, por
ejemplo de una longitud de unos 300 aminoácidos. Para
empezar, Axe
introduce a sus lectores al problema del muestreo. Es decir, dado
el número
máximo postulado de distintos sucesos físicos que
podrían haber ocurrido desde
el comienzo del universo (10150), no podemos suponer que la
evolución ha tenido tiempo suficiente para encontrar las 10390
posibles combinaciones de aminoácidos de una proteína de
300 aminoácidos de
longitud.
El grito de guerra que
se oye a menudo en respuesta a este argumento aparentemente irrefutable
es qu,e
a pesar de que los recursos probabilísticos no
permitirían que una búsqueda
ciega tropezase con ninguna secuencia proteínica determinada, la
probabilidad
de encontrar una función proteínica determinada
podría ser considerablemente
mayor. Como respuesta a tal fácil negación de la
realidad, encontramos que
las proteínas deben cumplir unos requisitos muy rigurosos de
secuencia si se quiere
conseguir una función determinada. Y el tamaño es
importante. Por ejemplo,
encontramos que las enzimas son grandes en comparación con sus
sustratos. Los
estructuralistas de las proteínas afirman de forma demostrable
que el tamaño es
crucial para asegurar la estabilidad de la arquitectura de las
proteínas.
Axe ha elevado el
nivel de la discusión al observar que con mucha frecuencia las
funciones
catalíticas de las enzimas dependen de más que
sólo sus sitios nucleares
activos. De hecho, las enzimas casi siempre contienen regiones que
preparan, canalizan y orientan a sus sustratos, y contienen
también una
multiplicidad de cofactores, todo en disposición para la
catálisis. La
carbamoil-fosfato sintetasa (CPS) y la sintetasa de
translocación de protones
(PTS) se destacan como favoritos entre los biólogos moleculares
al exponer cómo
los complejos enzimáticos pueden coordinar dichos procesos de
forma
simultánea. En general, cada uno de estos complejos
contiene entre 1400 y
2000 residuos de aminoácidos distribuidos entre varias
proteínas, todos ellos
necesarios para la actividad.
Axe emplea una lógica
matemática relativamente directa para evaluar la verosimilitud
de encontrar
nuevas funciones proteínicas a través de una
búsqueda darwinista. Usando
bacterias como su sistema patrón (seleccionadas por su
tamaño de población
relativamente grande) él demuestra cómo un cultivo de 1010
bacterias
pasando por 104 generaciones por año a lo largo de
más de cinco mil
millones de años podría producir un máximo de 5
× 1023 genotipos
novedosos. Este número representa el «límite
superior» sobre el número de
nuevas secuencias de proteínas, debido a que muchas de las
diferencias en el
genotipo no generarían «proteínas
específicamente
novedosas». Teóricamente, extendiendo esto
más, se podrían conseguir
novedosas funciones proteínicas que necesiten una secuencia de
300 aminoácidos
(20300 posibles secuencias) en 10366 diferentes
maneras
(20300/5 × 1023).
En último
término,
encontramos que las proteínas no toleran este extraordinario
nivel de
«indiferencia secuencial». Experimentos de alto perfil
de mutagénesis de
betalactamasas y de ribonucleasas bacterianas han demostrado que la
funcionalidad queda decisivamente erradicada cuando se sustituye un
mero 10% de
los aminoácidos en regiones conservadoras de estas
proteínas. Un desglose
más detallado de los datos de un dominio de betalactamasas y de
la enzima
corismato mutasa ha reforzado aún más la posición
de que muy pocas secuencias
proteínicas pueden realizar una función deseada; tan
pocas, en realidad, que
son «demasiado infrecuentes para poderlas encontrar por muestreo
aleatorio».
Pero la arrolladora
evaluación de Axe no termina aquí. Considera
él, además, la posibilidad de
que dispares funciones proteínicas pudieran compartir
identidades aminoácidas
semejantes y que por ello mismo el salto entre funciones en el espacio
de
secuencias pudiera conseguirse de forma realista mediante
búsquedas
aleatorias. Los estudios de alineamientos de secuencias entre
diferentes
dominios de proteínas no apoyan este tipo de salida al problema
del
muestreo. Si bien se ha proclamado en la literatura revisada por
pares la
identificación de un conmutador de conformación
constituido por un solo
aminoácido como un convincente ejemplo de cómo pueden
ocurrir cambios en el
plegado con unos ajustes mínimos de la secuencia, lo que
encontramos es que las
variantes conformacionales resultantes son inestables a temperaturas
fisiológicas. Además, este tipo de cambio sólo se
ha conseguido in vitro y
muy probablemente no cumple con las rigurosas exigencias de
funcionalidad que
rigen en un verdadero contexto biológico. Y también
encontramos que hay
otras 21 sustituciones aminoácidas que deben estar en su sitio
antes que se
observe el cambio de conformación.
Axe concluye su
enciclopédica
refutación de una evolución de las proteínas
denunciando las deficiencias de
los modelos de ensamblaje modular que pretenden explicar el origen de
nuevos
pliegues en las proteínas. La naturaleza sumamente
cooperativa de los
pliegues estructurales en cualquier proteína determinada
significa que las
estructuras estables tienden a formarse de una vez al nivel del dominio
(estructura terciaria), en lugar de al nivel del pliegue (estructura
secundaria) de la proteína. El contexto lo es todo. De
hecho, los
experimentos han dado soporte al aserto de que las interfaces de
unión entre
diferentes formas de estructura secundaria son dependientes de la
secuencia
(esto es: no son genéricas). Como consecuencia, la muy
esperada
«portabilidad modular de los pliegues» entre
proteínas resulta sumamente
improbable.
Las metáforas lo son
todo en la argumentación científica. Y la
narración de Axe de una búsqueda
aleatoria de piedras preciosas dispersas en un inmenso desierto
dispuesto en
múltiples niveles le sirve muy bien para ilustrar las
improbabilidades de una
búsqueda darwinista de pliegues novedosos. La propia
experiencia de Axe ha
demostrado que la reticencia por parte de muchos a aceptar su argumento
probabilista no deriva de que lo que él tiene que decir proceda
de algún punto
de partida no científico, sino de unos profundos prejuicios
contra la
conclusión que sigue de natural. En lugar de un castillo de
naipes que se
desmorona debido a un inestable fundamento, el argumento en contra de
la
explicación darwinista es un edificio construido sobre un firme
sustrato de
autenticidad científica. Y ello hasta el punto de que
será mejor que tomen
buena nota de ello los críticos de quienes, como Axe, han
desarrollado un
argumento riguroso contra la tesis del origen y desarrollo de la vida
por azar.
Lea el artículo de Axe
en: http://bio-complexity.org/ojs/index.php/main/article/view/BIO-C.2010.1
Lectura
adicional
1.
Michael Denton, Craig Marshall
(2001), Laws of form revisited, Nature Volumen 410, p. 417
* Robert
Deyes es biólogo molecular, y ha trabajado
en investigación en biología celular y genética
molecular en centros como la
Universidad de Portsmouth, Reino Unido; Universidad de Atenas, Grecia:
el
Instituto Duncan Guthrie de Genética Médica de la
Universidad de Glasgow,
Escocia; el Departamento de Farmacología de la Universidad Lous
Pasteur, en
Illkirch, Francia. Es autor de siete artículos
científicos en diversas
revistas, como Cell Notes y Neural Notes, entre otras. Ha
participado como representante científico en la Conferencia
sobre Secuenciado y
Análisis del Genoma (2002, 2003 y 2004), en el XIX Simposio
sobre
Identificación Humana (2008) y en la Conferencia de la Sociedad
de Bioquímica
de México sobre Transducción de Señales (2009).
Actualmente vive en Wisconsin,
EE. UU.
Para el original en
inglés, puede acceder a Proteins
Fold as Darwin Crumbles
