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los aminoácidos ya se habían caracterizado para entonces,
así como el enlace peptídico que los une, y estaba
claramente establecido el papel esencial de las proteínas en
multitud de procesos biológicos. Además, varias proteínas
habían sido cristalizadas –enzimas proteolíticas como la
ureasa y la pepsina (6,7)-, lo que dejaba claro que estaban
formadas por moléculas con una única secuencia que daba
lugar a la función específica que poseyesen. El concepto
de tridimensionalidad de las proteínas –y en realidad de
cualquier molécula biológica- comenzó a desarrollarse en
esa época gracias a la genialidad y a los resultados de un
científico único. Linus Pauling (Premio Nobel de Química
de 1954) supo introducir en la Biología conceptos que,
provenientes de la Física, comenzaban a utilizarse en la
Química, como los del doble enlace, la resonancia, los
enlaces débiles – puente de hidrógeno, de van der Waals,
interacciones hidrófobas …- (8). Estos enlaces débiles
permiten disponer en tres dimensiones la secuencia de las
proteínas que hasta entonces se entendía como una mera
sucesión unidimensional de aminoácidos. Pauling no sólo
teorizó sobre esta cuestión, sino que realizó experimentos
para probar que la destrucción de los enlaces débiles
induce la desnaturalización de la proteína y la pérdida de
su estructura tridimensional y de su función, sin destruir la la lisozima y un inhibidor que emula su sustrato. La
secuencia aminoacídica (9). Las proteínas tienen pues una
estructura tridimensional que es preciso mantener para
realizar su función.
¿Cómo determinar esa estructura? Wiliam Astbury, de
la escuela de los Bragg, había utilizado la difracción de
rayos X con fibras de lana y pelo para mostrar que en las
proteínas que las forman existían disposiciones regulares
de los aminoácidos (10). Fue otra vez la genialidad de
Pauling, quien conocía como nadie la naturaleza del enlace
peptídico, las distancias atómicas entre sus componentes –
obtenidas mediante experimentos de difracción de rayos
X- y la naturaleza química de éstos, quien sugirió la
existencia de dos tipos de estructuras, la a-hélice y la
lámina ß, que son imprescindibles para el mantenimiento
de la estructura tridimensional de las proteínas, gracias a
los enlaces débiles que tienen lugar entre átomos de esas
estructuras (11,12).
Como se ha comentado anteriormente, la difracción de
rayos X había mostrado muy rápidamente la capacidad de
determinar la estructura de compuestos simples como sales
inorgánicas, y aunque potencialmente podía hacer lo
mismo con proteínas, la complejidad y tamaño de éstas
hizo en la práctica imposible su resolución hasta que se
fueron solventando a lo largo de casi cuarenta años una
serie de problemas técnicos. Está fuera de este artículo
referirse a esta cuestión, pero sí que muchas de las
soluciones vinieron de la mano de o auspiciadas por un
científico extraordinario, el austríaco Max Perutz (Premio
Nobel de Química de 1962). En los años 30, Perutz llegó a
Cambridge para realizar su tesis doctoral y contactó con
Lawrence Bragg, entonces en el Cavendish Laboratory,
para utilizar la difracción de rayos X con compuestos
biológicos. Durante las siguientes décadas, y en
colaboración con John Kendrew (Premio Nobel de
@Real Academia Nacional de Farmacia. Spain
Química de 1962), trabajó en la determinación estructural
de dos proteínas homólogas, mioglobina y hemoglobina.
Por influencia de Bragg, Perutz fue el primer investigador
del Laboratory of Molecular Biology –el primer centro de
investigación con ese nombre, fundado en 1947, y que se
ha convertido en referencia mundial en el campo de la
biología estructural-. Al centro pronto se incorporaron
otras luminarias científicas como Francis Crick, James
Watson y Hugh Huxley, cuyos trabajos proporcionarían un
fuerte impulso a la biología molecular. Después de más de
una decena de años, y tras un trabajo ímprobo, Kendrew
consiguió determinar la estructura de la mioglobina (13) y
Perutz la de la hemoglobina (14). Las dos estructuras
permitieron confirmar la existencia de la a-hélice y
además, vista la semejanza entre sus estructuras y su
función –las dos proteínas están involucradas en el
transporte de O2 y CO2- fue posible concluir que hay una
clara relación entre la estructura tridimensional de las
moléculas biológicas y su función.
Otras estructuras siguieron en los siguientes años, y
entre ellas merece la pena mencionar la del complejo entre
estructura de este complejo, determinada por el grupo de
David Phillips en Londres (15), permitió no solo confirmar
la existencia de la lámina ß sino la perfecta
complementariedad que existe entre las superficies de
contacto de la enzima con su sustrato, sin duda otra
afirmación de la relación íntima que existe entre la
estructura y la función.
Pero sin duda el culmen de la biología estructural,
quizás el momento en el que la biología molecular se inicia
como disciplina independiente, es la publicación en 1953
del modelo de la doble hebra del ADN, la molécula
biológica que almacena y transmite la información sobre la
herencia. James Watson y Francis Crick (Premios Nobel
de Química de 1962) modelaron la estructura de este
polímero con la misma estrategia que siguió Pauling para
modelar la a-hélice y la lámina ß, el conocimiento de las
distancias entre átomos obtenidas mediante difracción de
rayos X y posterior modelado mediante información
complementaria procedente de multitud de experimentos
bioquímicos (16,17). La estructura modelada, una hermosa
doble hélice en el que las dos hebras se ajustan mediante la
interacción de las bases complementarias de las dos
secuencias, sugirió inmediatamente a sus descubridores la
forma en que la información genética se transmite, la copia
independiente de las dos hebras mediante un mecanismo
que entonces era desconocido.
La difracción de rayos X ha producido desde entonces
miles de estructuras tridimensionales de todo tipo de
moléculas biológicas y se ha convertido sin duda alguna en
la técnica más influyente en el armamento de la biología
molecular. Su evolución ha contribuido además al
desarrollo de distintas infraestructuras internacionales
como las bases de datos o las instalaciones de luz
sincrotrón que han ayudado a la internacionalización de la
ciencia.
El otro pilar tradicional de la biología estructural ha
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