Un equipo liderado por la Universidad de Oxford reconstruyó, con detalle atómico, etapas fugaces de la reacción que forma el núcleo de la penicilina. La secuencia revela cómo una enzima organiza esa transformación y aporta datos para investigar nuevas estructuras antibióticas. El trabajo se publicó el 9 de octubre de 2026 en Nature Catalysis.
La protagonista es la isopenicilina N sintasa (IPNS), una enzima que convierte un pequeño péptido lineal en la estructura de anillos característica de las penicilinas. Uno de ellos, el anillo betalactámico, interviene en su acción contra la pared celular bacteriana, explica Oxford.
Miles de instantáneas forman la secuencia
La "película molecular" se construyó con mediciones de microcristales en distintos momentos de la reacción. Como explica el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, la animación enlaza estructuras obtenidas a tiempos diferentes para visualizar los cambios de la molécula.
Para sincronizar el proceso, los investigadores depositaron miles de gotas con microcristales de la enzima, preparados sin oxígeno, sobre una cinta móvil de 2 milímetros de ancho. Al entrar en una cámara con oxígeno, este penetraba en los cristales y activaba la reacción, según Oxford.
La velocidad de la cinta determinaba cuánto tiempo llevaba reaccionando cada muestra al recibir un pulso ultracorto del láser de rayos X de electrones libres, o XFEL. Así pudieron recoger estructuras correspondientes a distintas etapas.
La animación difundida por SLAC reúne esas estructuras para mostrar la transformación del sustrato durante la reacción.
Las estructuras se contrastan con el estado del hierro
El equipo identificó un tioaldehído, una estructura transitoria previa al cierre del anillo betalactámico, y después un intermediario con ese primer anillo ya formado. Esos estados permiten examinar pasos que habían resultado difíciles de observar directamente.
Diamond Light Source detalla que los investigadores recogieron a la vez datos de cristalografía y espectroscopia de emisión de rayos X, del mismo material y con el mismo pulso. La primera sitúa los átomos; la segunda examina el estado electrónico del hierro que participa en la reacción.
El cruce de ambas mediciones restringe las interpretaciones posibles de las estructuras cuando conviven varios estados intermedios. La serie presentada por Diamond abarca tiempos de reacción de 0 a 10 segundos. El pulso ultracorto registra una instantánea; el tiempo transcurrido desde la entrada de oxígeno determina la etapa observada.
Las moléculas de agua del sitio activo también intervienen en el control de la química. SLAC señala que participan regiones de la proteína alejadas del centro con hierro, lo que amplía las partes de la enzima que deben estudiarse para comprender su funcionamiento.
Una base para investigar otras estructuras antibióticas
Patrick Rabe, primer autor del estudio e investigador de Oxford, plantea que conocer estos pasos puede orientar la modificación de enzimas para producir estructuras antibióticas nuevas o mejoradas. El trabajo estudia un mecanismo de biosíntesis en microcristales y no demuestra la eficacia de un antibiótico nuevo en pacientes.
El siguiente paso que describe SLAC es profundizar en la intervención del agua en la catálisis, el proceso por el que la enzima facilita la reacción. Las estructuras obtenidas ofrecen referencias para investigar cómo cambiar la actividad de estas proteínas.
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