A la pista del papel de las conexiones hierro-azufre

El profesor Dr. Antonio Pierik (de izquierda a derecha), el profesor Dr. Volker Schünemann, la doctoranda Christina Müller y el profesor Dr. Michael Schroda trabajan juntos en el programa de especialización. (Foto: Koziel/TUK)

Las células rojas de la sangre pueden transportar oxígeno gracias a sus átomos de hierro. También en otros lugares de nuestras células, el metal se emplea en forma de diferentes compuestos de hierro y azufre. Son importantes, entre otros, en enzimas y en el transporte de electrones en las células. En la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK), tres equipos de investigación estudian su síntesis y su papel en el metabolismo. Los trabajos se realizan en el programa prioritario (SPP) 1927 «Hierro y Azufre para la Vida» de la Sociedad Alemana de Investigación (DFG). Los hallazgos pueden ser interesantes, por ejemplo, para la biotecnología, con el fin de desarrollar nuevas formas de obtención de energía o producir principios activos.

Ya sea en la respiración, la fotosíntesis u otros caminos metabólicos, los centros de hierro y azufre desempeñan un papel central en muchos procesos vitales. «Estos centros suelen estar integrados en un gran complejo proteico», dice el profesor Dr. Antonio Pierik, que investiga en el área de Bioquímica en la TUK. Se formaron ya en las primeras etapas de la evolución y se encuentran en bacterias, hongos, plantas y animales. Enzimáticamente, son importantes, por ejemplo, para facilitar procesos catalíticos como la división de moléculas de azúcar. También son esenciales para la obtención de energía de la célula, ya que a través de ellos se realiza el transporte de electrones, permitiendo que la energía se almacene en forma de moléculas.

Dentro del marco del SPP 1927, los grupos de investigación de Kaiserslautern analizan la estructura exacta de estos centros y cómo se incorporan en las proteínas. «Existen muchas diferentes conexiones de hierro y azufre», dice Pierik. «Queremos entender, entre otras cosas, cómo se sintetizan en la célula.»

Para su investigación, emplean técnicas especiales: aprovechan las propiedades magnéticas del hierro. El equipo de Pierik utiliza la espectroscopía de resonancia de espín electrónico. En ella, se envía radiación de microondas a la muestra, que se encuentra en un campo magnético, lo que excita a los electrones de hierro. De manera similar a una huella dactilar, los investigadores obtienen espectros característicos para cada uno de los centros de hierro y azufre durante la medición.

El profesor Schünemann y su grupo de trabajo, del área de Biofísica y Física Médica, emplean la espectroscopía Mössbauer. «Se trata de un método de análisis que aprovecha la absorción de radiación de rayos X de alta energía por parte del núcleo atómico del hierro», explica Schünemann. Con ambas técnicas, los equipos obtienen posteriormente una imagen precisa de la composición de los centros metálicos.

Estos resultados se complementan con el trabajo del profesor Schroda y su grupo del área de Biotecnología Molecular y Biología de Sistemas. Aquí se emplea la espectrometría de masas. Este método identifica y cuantifica las moléculas de proteína según su masa. En principio, se pesan. «Al igual que una huella dactilar, cada molécula tiene un valor característico», dice el profesor Schroda.

En conjunto, los tres grupos de investigación obtienen una imagen precisa de las conexiones de hierro y azufre y de los complejos proteicos en los que están integrados. No solo para la investigación básica, sino también para la biotecnología, estos conocimientos son interesantes, por ejemplo, para la síntesis de principios activos medicinales o para nuevas formas de obtención de energía.

El SPP es dirigido y coordinado por la profesora Dr. Silke Leimkühler en la Universidad de Potsdam. El objetivo es entender el papel exacto de los metales y cómo influyen en la actividad de las proteínas. El programa está en su segunda fase de financiación. En la primera fase, participaron los profesores Pierik y Schünemann. Ambos recibieron aproximadamente 478.000 euros de la DFG por estos trabajos. Ahora, también participa el profesor Schroda. En total, los tres grupos de trabajo reciben alrededor de 781.000 euros, de modo que las investigaciones en la TU Kaiserslautern dentro del marco del SPP han sido o son financiadas con aproximadamente 1,26 millones de euros.

Responder a preguntas:

Prof. Dr. Antonio Pierik
Área de Bioquímica
Tel.: 0631 205-3421
Correo electrónico: pierik(at)chemie.uni-kl.de

Prof. Dr. Volker Schünemann
Área de Biofísica y Física Médica
Tel.: 0631 205-4920
Correo electrónico: schuene(at)physik.uni-kl.de

Prof. Dr. Michael Schroda
Área de Biotecnología Molecular y Biología de Sistemas
Tel.: 0631 205-2697
Correo electrónico: schroda(at)bio.uni-kl.de