Las enzimas modificadoras de azúcares desempeñan un papel fundamental en la vida. Controlan cómo se unen los azúcares a las proteínas y otras moléculas, un proceso que influye en la comunicación celular, el desarrollo e inmunidad y a la respuesta al estrés. En las plantas, estas reacciones son esenciales para la construcción de las paredes celulares y la regulación del crecimiento, mientras que en los humanos, enzimas similares están vinculadas a los procesos patológicos y a la eficacia de los anticuerpos terapéuticos. Comprender exactamente cómo funcionan estas enzimas a nivel molecular es crucial no solo para la biología básica, sino también para mejorar la biomedicina, la agricultura y la biotecnología industrial.

El estudio de este grupo desde BIFI en la Universidad de Zaragoza se centra en FUT11, una enzima fucosiltransferasa de la planta modelo Arabidopsis thaliana. Las glicosiltransferasas como FUT11 catalizan la formación de enlaces glucosídicos mediante la transferencia de un azúcar de una molécula donante a una aceptora. Tradicionalmente, los científicos asumían que durante esta reacción, el azúcar aceptor permanecía en gran medida pasivo, manteniendo una forma estable mientras la enzima activaba al donante. Utilizando datos estructurales de alta resolución recopilados en la línea de luz XALOC –uno de los instrumentos del ALBA para cristalografía de rayos X-, los investigadores pudieron visualizar FUT11 unido a sus sustratos y descubrieron una imagen muy distinta.

Las estructuras cristalinas recogidas en ALBA (BL13 XALOC) proporcionaron el marco estructural para la interpretación mecanicista, y las simulaciones atomísticas que lo acompañaban indicaron que FUT11 promueve activamente una distorsión transitoria (puckering) del anillo de azúcar aceptor, alejándolo de su conformación de silla más estable. En estas simulaciones, la base catalítica (Glu158) actúa no solo como aceptor de protones, sino también como efector conformacional: sus interacciones predisponen a la GlcNAc más interna a un estado reactivo y fruncido que alinea mejor el hidroxilo aceptor para el ataque nucleofílico y la formación eficiente del enlace.

Más allá de la biología vegetal, los resultados tienen una relevancia más amplia. La estructura de FUT11 comparte similitudes importantes con las fucosiltransferasas humanas, lo que explica por qué la enzima vegetal también puede actuar sobre azúcares no nativos. Esta flexibilidad mecanicista ayuda a los científicos a comprender cómo evolucionaron las enzimas relacionadas y cómo se podría ajustar o redirigir su actividad. Este conocimiento es clave para la ingeniería enzimática, incluido el diseño de catalizadores que produzcan glicanos personalizados o mejoren la síntesis de biomoléculas complejas.

Este trabajo demuestra el valor único de ALBA como infraestructura de investigación para descubrir procesos moleculares dinámicos que no pueden captarse con una sola técnica.

A medida que el ALBA avanza hacia la actualización de ALBA II se espera que los estudios de dinámica enzimática y reacciones biomoleculares complejas se beneficien aún más, abriendo nuevas oportunidades para la innovación en la intersección de la biología estructural, la química y las ciencias de la vida.

Representación de la enzima flucosiltransferasa FUT11.