EF-Tu

Qué es EF-Tu

El EF-Tu (elongation factor Tu, factor de elongación Tu) es una proteína bacteriana esencial para la síntesis de proteínas. Su papel se sitúa en el corazón del ciclo de elongación: recoge un aminoacil-tRNA, forma con él un complejo ternario junto a una molécula de GTP y lo entrega al ribosoma, donde el anticodón se enfrenta al codón del ARN mensajero. Si el emparejamiento es correcto, el GTP se hidroliza a GDP, el factor se desprende y el aminoácido queda listo para incorporarse a la cadena de la proteína en formación.

La sigla proviene del inglés elongation factor thermo-unstable. El adjetivo delata la circunstancia experimental que llevó a su descubrimiento. En los años sesenta, los grupos de Herbert Weissbach, David L. Miller y Fritz Lipmann estudiaban la síntesis proteica en Escherichia coli y observaron dos actividades proteicas necesarias para la elongación: una perdía su función al calentarse suavemente y la otra la mantenía. Al lábil lo llamaron Tu (thermo-unstable); al estable, EF-Ts (thermo-stable). La distinción funcional posterior confirmó que se trataba de dos socios estables en el mismo ciclo.

EF-Tu es abundante hasta un extremo llamativo. Durante la fase exponencial de crecimiento, esta proteína puede representar entre el 6 y el 13 % del total de proteínas de la célula y superar en un factor de ocho a catorce el número de ribosomas. Esta desproporción se justifica por su función: cada aminoácido incorporado a una cadena naciente exige un ciclo completo de EF-Tu, y una bacteria en crecimiento activo sintetiza cientos de miles de proteínas por segundo.

Estructura y ciclo GTP-GDP

La molécula está organizada en tres dominios. El dominio I, situado en el extremo amino, es el dominio G, responsable de la unión y la hidrólisis del nucleótido de guanina. Los dominios II y III, ambos con plegamiento tipo barril beta, forman la superficie que reconoce y sujeta el brazo aceptor del aminoacil-tRNA. La disposición de los tres dominios cambia radicalmente según el nucleótido unido: es la esencia funcional de la proteína.

Con GTP unido, EF-Tu adopta una conformación compacta, cerrada, con los tres dominios en contacto y capaz de sujetar el aminoacil-tRNA con alta afinidad. En este estado se acopla al sitio A del ribosoma y presenta el anticodón al codón. Cuando el emparejamiento es correcto, el propio ribosoma activa la hidrólisis del GTP. La molécula libera fosfato inorgánico, se relaja y adopta una conformación abierta con GDP. En este segundo estado, la afinidad por el aminoacil-tRNA cae y el factor se disocia del ribosoma. Queda inactivo, esperando ser reciclado. Ese reciclaje es el papel de EF-Ts, que intercambia el GDP por un nuevo GTP y devuelve al factor a su estado activo.

El interés estructural del mecanismo va más allá de la traducción. EF-Tu pertenece a la superfamilia de las GTPasas conmutadoras, la misma que incluye las proteínas Ras y muchos reguladores de la señalización celular. El principio funcional, ese "interruptor" molecular gobernado por GTP y GDP, se conserva a lo largo de toda la evolución.

Un blanco antibiótico y una función que se sale del guion

La imprescindibilidad de EF-Tu para la vida bacteriana lo convierte en diana natural para varios antibióticos naturales. La kirromicina lo bloquea en el ribosoma tras la hidrólisis del GTP, impidiendo su liberación; la pulvomicina y la enacilxina interfieren con etapas anteriores del ciclo; la GE2270A ocupa el sitio de unión del aminoacil-tRNA. Ninguno de estos compuestos ha alcanzado un uso clínico amplio, pero todos han sido herramientas experimentales fundamentales para comprender el mecanismo.

La investigación reciente ha añadido una vuelta de tuerca inesperada. En varias especies patógenas, EF-Tu aparece expuesto en la superficie externa de la bacteria y actúa como adhesina: se une a componentes del huésped como la fibronectina o el plasminógeno. Un rol tan alejado del ribosoma que se ha bautizado como moonlighting, doble empleo. Este dato refuerza el interés terapéutico y vacunal por la proteína en géneros como Mycoplasma, Haemophilus o micobacterias.

Diferenciación con EF-Ts y EF-G

Los tres factores clásicos de elongación bacteriana comparten el prefijo pero desempeñan tareas distintas. EF-Ts es el socio metabólico directo de EF-Tu: no participa en la entrega del aminoacil-tRNA al ribosoma, sino en el reciclaje del factor una vez agotado, mediante el intercambio del GDP por GTP. EF-G, por su parte, actúa en un momento posterior del ciclo: es también una GTPasa, pero interviene en la translocación del ribosoma sobre el ARN mensajero, avanzando de un codón al siguiente.

En la síntesis proteica eucariota existe un equivalente funcional de EF-Tu, denominado eEF1A. Comparte con su homólogo bacteriano la arquitectura de dominios y el ciclo GTP-GDP, y ha aportado numerosas pistas sobre cómo evolucionó el aparato de la traducción. La correspondencia es tan estrecha que las estructuras cristalográficas de una y otra proteína son casi superponibles.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa la sigla EF-Tu?

Del inglés elongation factor thermo-unstable, factor de elongación termolábil. La denominación proviene de los ensayos originales de purificación en los años sesenta, en los que este factor perdía su actividad al calentarlo mientras que su compañero, EF-Ts, la conservaba. La sigla se ha mantenido internacionalmente.

¿Qué hace exactamente EF-Tu?

Transporta el aminoacil-tRNA cargado desde el citoplasma hasta el sitio A del ribosoma. Lo hace unido a GTP, formando un complejo ternario. Cuando el codón y el anticodón se emparejan correctamente, hidroliza el GTP y libera el aminoacil-tRNA en su sitio. Después se desprende del ribosoma en forma de EF-Tu·GDP, inactivo, y espera a ser reciclado por EF-Ts.

¿Es EF-Tu un blanco antibiótico?

Sí. Existen antibióticos naturales que lo inhiben, como la kirromicina, la pulvomicina, la enacilxina y la familia GE2270A. Su interés clínico ha sido limitado, pero han resultado herramientas experimentales muy valiosas para diseccionar el mecanismo del factor.

¿Existe un equivalente en las células humanas?

Sí. El homólogo eucariota se denomina eEF1A. Comparte con EF-Tu la arquitectura general de tres dominios y el ciclo GTP-GDP como conmutador funcional. Las semejanzas de secuencia y estructura son suficientes para considerarlos ortólogos directos, procedentes de un ancestro común anterior a la divergencia entre bacterias y arqueas-eucariotas.

Referencias

1. UniProt. Elongation factor Tu 1 (tuf1). Escherichia coli.
2. Cai R, Price IR, Ding F, et al. Structural insights of the elongation factor EF-Tu complexes in protein translation of Mycobacterium tuberculosis. Communications Biology, 2022.
3. Talavera A, Hendrix J, Versées W, et al. Phosphorylation decelerates conformational dynamics in bacterial translation elongation factors. Science Advances, 2018.
4. RCSB Protein Data Bank. Elongation Factors. Molecule of the Month.