Nobel de química: Com sap la cèl·lula el que passa fora?

201109285446850.jpg Una de les coses més importants en la ciència és triar correctament les preguntes. Si planteges una bona pregunta, ja tens la meitat de la feina feta. I una bona pregunta va ser la que va obrir el camí que va portar fins al Premi Nobel de Química d’aquest any 2012. La qüestió sembla senzilla. Tots sabem que les cèl·lules responen de diferents maneres als estímuls ambientals. Si observem el nostre cos veurem que als ulls hi tenim cèl·lules que responen a la llum, al nas n’hi ha que responen a milers de diferents aromes. Les cèl·lules del cor responen a les concentracions d’adrenalina i les del pàncrees detecten la quantitat de glucosa que hi ha per poder fabricar insulina. Una insulina que farà que altres cèl·lules responguin de determinada manera.

La pregunta, simple només en aparença, és: “Com sap la cèl·lula el que passa fora de la cèl·lula?”

Està molt be que la llum faci que les cèl·lules de la retina enviïn senyals als nervis òptics, però com detecta la llum aquella cèl·lula? Com sap la cèl·lula cardíaca que a fora hi ha adrenalina?

Mirant de respondre aquesta pregunta va començar la carrera científica de Robert J. Lefkowitz a principis dels 60. El problema concret en el que treballava era com responen les cèl·lules a l’adrenalina. Ja sabien que existirien receptors, proteïnes de membrana a les que s’hi uniria l’adrenalina, i també que devien existir diferents tipus de receptors per la mateixa adrenalina. Però com eren aquells receptors ho ignoraven. I això és el que va aconseguir en Lefkowitz, aïllar i caracteritzar el receptor de l’adrenalina.

Allò, però va ser només el començament. Calia estudiar el gen d’aquell receptor i això va fer-ho col·laborant amb en Brian K. Kobilka. Va ser ell qui analitzant la seqüència genètica d’aquell receptor es va adonar que aquella proteïna tenia moltes semblances amb altres receptors que feien coses completament diferents. El receptor per l’adrenalina s’assemblava a la rodopsina, que és el receptor per la llum de la retina dels ulls.

I a més de la semblança estructural, tenien una altra cosa en comú: la part de l’interior de la cèl·lula s’unia a unes proteïnes anomenades “proteïnes-G”. Aquestes proteïnes se sabia que s’activaven en resposta a diferents estímuls, però no semblaven ser receptors ja que estaven dins la cèl·lula. Les proteïnes G es diuen així perquè se’ls uneix una molècula feta per una Guanosina i dos o tres fosfats anomenada Trifosfat o Difosfat de Guanosina (GTP o GDP). La proteïna G funciona d’una manera més o menys complexa, però el resum és: Si té unit un GTP està “activa”, si el que hi ha és un GDP està “apagada”. Bàsicament són interruptors.

El cas és que quan en Lefkowitz i en Kobilka van veure que el receptor de l’adrenalina i el de la llum, a més de semblar-se també compartien la unió a les proteïnes-G van veure que allò permetia imaginar que hi havia una gran família de receptors que, encara que feien coses diferents, funcionaven de la mateixa manera. Eren els “receptors acoblats a proteïnes G”.

La part de fora dels diferents receptors és la que reconeix la molècula o l’estímul que el posarà en marxa. Serà diferent segons l’estímul que reconegui, igual que hi ha diferents panys per diferents claus. Però fins i tot dels que reconeixen, per exemple, l’adrenalina, n’hi ha uns quants de subtilment diferents. I per la part de dins tenen la capacitat per unir-se a les proteïnes G però només si a la part de fora s’hi ha unit l’adrenalina. Aquestes proteïnes G s’uneixen en grups de tres subunitats, i de cada subunitat hi ha, de nou, moltes de lleugerament diferents. Segons la combinació particular que tinguem la resposta de la cèl·lula serà activar una cosa, inhibir una altra o degradar una tercera. Quan s’uneixen, s’activen i comencen a enviar els senyals que toqui en cada cas. Mentre el receptor tingui l’adrenalina, o el que correspongui, unit, anirà activant proteïnes G que aniran posant en marxa les respostes de la cèl·lula. Quan desaparegui l’estímul exterior, les proteïnes G deixaran d’unir-se al receptor i la resposta cel·lular s’aturarà.

Al final, amb una estructura molt similar: un receptor amb una estructura bàsica i unes proteïnes G existents en diferents combinacions podem aconseguir un immens ventall de respostes cel·lulars a moltíssims estímuls diferents, des de la llum a les hormones, des de les olors als mediadors de la inflamació.

Per tant, la propera vegada que oloreu alguna cosa, que noteu que el cor se us accelera pels nervis, que una persona us atreu per les seves feromones o que mireu una posta de sol, recordeu que si ho feu és gràcies als receptors acoblats a proteïnes-G de les vostres cèl·lules

6 comentaris

  • Esther

    26/01/2013 20:19

    La major part dels bacteris marins són heterotròfics (necessiten matèria orgànica per al seu creixement), però alguns bacteris marins tenen un mecanisme alternatiu d’obtenció d’energia: amb la llum! Un d’aquests mecanismes utilitza la proteorodopsina, una proteïna que inclou un pigment, el retinal, semblant al que tenen els éssers humans a la retina! Els bacteris marins!

  • Sinera

    11/10/2012 15:17

    La llàstima, Daniel, és que no us poseu d’acord un grup de científics en diverses matèries per deixar que la gent us faci preguntes concretes i en pugui obtenir la resposta. Hi ha tantes preguntes o incògnites de caire científic amb les que haurem de morir! Quina llàstima!

    I no, Daniel! No n’hi ha pas prou amb Internet ni a base d’empassar-se llibres. S’hauria de crear una Q&A dinàmica i de pagament si fos necessari perquè tothom tingui les respostes que a les seves preguntes. Seria una fantàstica manera de fer que els diners servissin per quelcom més que per comprar el que no necessitem.

    El meu nét em preguntava el Diumenge passat, mentre comparàvem les petites mans de la seva germana amb les seves pròpies:

    “… si un té la mà petita amb el mateix nombre de terminacions nervioses que les que hi ha a una mà gran… llavors la densitat en “ppp” (o terminacions nervioses) seria molt superior, el que implicaria molta més sensibilitat. I també, passaria el mateix en una llengua petita que en una llengua gran. I en el cervell. I en el penis…”

    Nota: Això del “ppp” és meu!

    I jo: “Ufff!…”

    Ja veus per on vaig, oi?

  • Daniel closa

    11/10/2012 9:22

    Carquinyol. Home, aquest mecanisme é sun dels més emprats en l’evolució. Reutilitza, recicla i readapta tot el que funciona.

    Sinera. A mi em sembla d’una immensa elegància això de trobar un mecanisme útil i anar introduint lleugeres modificacions per aconseguir resultats diferent si que permeti aplicar-ho a grapats de cèl·lules diferents amb funcions diferents. Francament no entenc als que no aprecien la bellesa de la evolució.

    XeXu. Mestre! Que la bioquímica`ben entesa pot ser d’alló més romantica. :-D

  • XeXu

    11/10/2012 9:13

    Ai… quins records d’aquelles classes de Bio Cel·lular i Regulació del Metabolisme, com m’agradaven. Ja sabia jo que aquelles classes havien de servir per alguna cosa, hehehe. Per guanyar un Nobel!

    Ara, quina manera de destrempar els romàntics amb la darrera frase (lapidària). Que n’aprenguin, que la bioquímica és la vida, ‘lu’ demés són detalls!

  • Sinera

    11/10/2012 9:08

    Una passada! I el que més m’impresiona és que aquesta funció ha d’afectar a un enorme nombre de cèl·lules al mateix temps per produir una resposta per tal que el conjunt funcioni com un rellotge (com, per exemple. fer que el cor bategui més depresa).

    Com hem arribat a ser tan complexos?

  • Carquinyol

    11/10/2012 8:02

    Trobo impressionant aquesta tàctica de ‘mateix mecanisme diferent utilitat’ !