Glicoproteínas ‘anticongelantes’ de peces polares

Las glicoproteínas anticongelantes (AFGPs) constituyen la fracción principal de proteínas en el suero sanguíneo de nototenios antárticos y bacalaos árticos. Cada AFGP consiste en un número variable de unidades repetitivas de (Ala-Ala-Thr)n, con variaciones menores en la secuencia, y el disacárido beta-D-galactosil-(1-->3)-alpha-N-acetil-D-galactosamina unido como un glicosido al oxígeno hidroxilo de los residuos de Thr. Estos compuestos permiten que los peces sobrevivan en océanos polares cargados de hielo y subcero al deprimir cinéticamente la temperatura a la que crece el hielo de manera no coligativa. En contraste con las proteínas anticongelantes más estudiadas, se sabe poco sobre el mecanismo de inhibición del crecimiento del hielo por las AFGPs, y no existe un modelo definitivo que explique sus propiedades. Esta revisión resume las propiedades estructurales y físicas de las AFGPs y los avances en la última década que ahora ofrecen oportunidades para una mayor investigación en este campo. La espectroscopía de RMN de alto campo y los estudios de dinámica molecular han demostrado que las AFGPs son en gran parte desestructuradas en solución acuosa. Si bien los estudios estándar de degradación de carbohidratos confirman la necesidad de algunos de los hidroxilos de azúcar para la actividad anticongelante, no se ha establecido la importancia de seguir ciertos elementos estructurales: (a) el número de hidroxilos requeridos, (b) la estereoquímica de los hidroxilos de azúcar (es decir, el requisito de galactosa como azúcar), (c) el grupo acetamido en el primer azúcar de galactosa, (d) la estereoquímica de la unión beta-glicosídica entre los dos azúcares y la unión alfa-glicosídica al Thr, (e) el requisito de un disacárido para la actividad, y (f) los residuos Ala y Thr en la columna vertebral del polipéptido. La reciente síntesis exitosa de AFGPs pequeñas utilizando métodos en solución y química de fase sólida proporciona la oportunidad de realizar estudios clave de estructura-actividad que aclararían los residuos importantes y los grupos funcionales requeridos para la actividad. Estudios genéticos han mostrado que las AFGPs presentes en los dos nototenios antárticos y bacalaos árticos diferentes geográfica y filogenéticamente han evolucionado de manera independiente, en un raro ejemplo de evolución molecular convergente. Las AFGPs exhiben histéresis térmica dependiente de la concentración con una histéresis máxima (1.2 grados C a 40 mg x mL-1) observada con las glicoproteínas de mayor masa molecular. La capacidad de modificar la tasa y la forma del crecimiento de cristales y proteger las membranas celulares durante transiciones de fase lipídica ha resultado en la identificación de varias aplicaciones potenciales de las AFGPs como aditivos alimentarios y en la criopreservación y almacenamiento hipotérmico de células y tejidos.