✨︎ Resumen (TL;DR):
- Un equipo liderado por la Universidad de Oxford reconstruyó a escala atómica etapas fugaces de la reacción que forma el núcleo de la penicilina.
- Microcristales y un XFEL permitieron ordenar estructuras registradas entre 0 y 10 segundos de reacción.
- El trabajo identifica un tioaldehído y un intermediario con el anillo betalactámico ya formado, pero no demuestra la eficacia de un antibiótico nuevo en pacientes.
Un equipo liderado por la Universidad de Oxford reconstruyó a escala atómica etapas fugaces de la reacción que forma el núcleo de la penicilina. Nature Catalysis publicó el trabajo el 9 de octubre de 2026; sus resultados muestran cómo la enzima isopenicilina N sintasa (IPNS) organiza la transformación y aportan referencias para investigar nuevas estructuras antibióticas.
La isopenicilina N sintasa (IPNS) es una enzima que convierte un pequeño péptido lineal en la estructura de anillos característica de las penicilinas. Uno de esos anillos, el betalactámico, interviene en la acción de estos compuestos contra la pared celular bacteriana, explica Oxford.
Miles de instantáneas para seguir la reacción
Los investigadores construyeron la llamada película molecular con mediciones de microcristales tomadas en distintos momentos de la reacción. El Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC explica que la animación enlaza esas estructuras para visualizar los cambios de la molécula.
Para sincronizar el proceso, el equipo depositó miles de gotas con microcristales de la enzima, preparados sin oxígeno, sobre una cinta móvil de 2 milímetros de ancho. Cuando las muestras entraban en una cámara con oxígeno, el oxígeno penetraba en los cristales y activaba la reacción.
La velocidad de la cinta determinaba cuánto tiempo llevaba reaccionando cada muestra cuando recibía un pulso ultracorto del láser de rayos X de electrones libres, o XFEL. Un XFEL es un láser de rayos X de electrones libres que permite registrar una instantánea ultracorta de la muestra.
Así, el equipo reunió estructuras correspondientes a distintas etapas. SLAC difundió una animación que conecta esas mediciones para mostrar cómo cambia el sustrato durante la reacción.
El hierro ayuda a distinguir los intermediarios
El equipo identificó un tioaldehído, una estructura transitoria previa al cierre del anillo betalactámico. Después detectó un intermediario con ese primer anillo ya formado. Esos estados permiten examinar pasos que habían sido difíciles de observar directamente.
Diamond Light Source detalla que los investigadores recogieron al mismo tiempo datos de cristalografía y de espectroscopia de emisión de rayos X, usando el mismo material y el mismo pulso. La primera técnica 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 cuando conviven varios estados intermedios. Diamond presentó una serie que abarca tiempos de reacción de 0 a 10 segundos.
El pulso ultracorto registra una instantánea y el tiempo transcurrido desde la entrada de oxígeno determina la etapa observada.
El agua también participa en la catálisis
Las moléculas de agua del sitio activo intervienen en el control de la química. SLAC señala que en el proceso también participan regiones de la proteína alejadas del centro con hierro.
Ese dato amplía las partes de la enzima que deben estudiarse para comprender su funcionamiento. La reacción no depende únicamente de la zona inmediata donde se encuentra el hierro.
Una referencia para investigar nuevos antibióticos
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. No demuestra la eficacia de un antibiótico nuevo en pacientes.
El siguiente paso que describe SLAC consiste en profundizar en la intervención del agua en la catálisis. La catálisis es el proceso por el que la enzima facilita la reacción. Las estructuras obtenidas ofrecen referencias para investigar cómo cambiar la actividad de estas proteínas.
