Líneas de Investigación
Diseño y evolución del metabolismo
1. Aspectos generales
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Evolución
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Publicaciones
Meléndez-Hevia, E. (1993) La evolución del metabolismo: hacia la simplicidad. Eudema, Madrid, 95 págs. [Traducido al inglés (sin publicar) por Athel Cornish-Bowden con el título: The evolution of metabolism: towards simplicity].
Meléndez-Hevia, E. & Torres, N. V. (1991) Bioquímica teórica. En: Bioquímica, 2ª edic., (Herrera, E., coord). Interamericana/McGraw-Hill, Madrid, pp. 1527-1568.
Meléndez-Hevia, E. (1994) Physiological optimization of metabolism: An evolutionary approach. Pflugers Archiv European Journal of Physiology, 427, suppl. No.1, R1.
Meléndez-Hevia, E. (1995) Evolución y optimización del metabolismo. En: Orígenes de la vida. En el centenario de Aleksandr Ivanovich Oparin (Morán, F., Peretó, J. & Moreno, A., coords). Editorial Complutense, Madrid, pp. 137-187.
Meléndez-Hevia, E. (2000) La lógica matemática de la célula viva. En: Matemáticas 2000 (número especial de la revista Números, vols. 43 y 44), editado con motivo del año mundial de las Matemáticas (Méndez, J. M. y Martinón, A., eds). Tenerife.
Meléndez-Hevia, E. (2000) La lógica matemática de la célula viva. En: Las Matemáticas del siglo XX. Una mirada en 101 artículos (Martinón, A., ed). Nivola Libros y Ediciones, S. L., Madrid.
Filogenia
Las relaciones filogenéticas entre las distintas especies de seres vivos son un tema tan trascendente para la Biología como es la Tabla periódica para la Química. Los estudios tradicionales sobre filogenia, basados principalmente en caracteres morfológicos macroscópicos, son tan buenos como cualquier otro, pero -como todos- tienen sus límites, y hay problemas que no han podido resolver, dejando una serie de cuestiones clásicas que parecen insolubles, como el origen monofilético o polifilético de los artrópodos y de los anélidos. Los métodos moleculares de secuencias de proteínas y ácidos nucleicos no pueden resolver estos problemas ya que son métodos estadísticos con un grado muy alto de incertidumbre cuando se trata de determinar hechos que ocurrieron en una época muy remota. Nosotros hemos desarrollado nuevos métodos basados en homologías metabólicas, las cuales no dependen de una frecuencia estadística sino que son decisiones del tipo de una vez para siempre. Nuestros resultados, aún sin publicar, pueden resolver algunos de estos problemas.
Publicación
Paleometabolismo
Nuestros resultados teóricos sobre la optimización del diseño del metabolismo nos sugirieron la existencia de paleometabolismo. Denominamos así a rutas y estructuras metabólicas cuyo diseño no está optimizado, de acuerdo con los resultados del análisis teórico previo de la función de optimización que determina la relación estructura-función. Estas estructuras representan, por tanto, pasos intermedios en la evolución del metabolismo, en el camino de búsqueda de la solución óptima de un problema por selección natural. El paleometabolismo es similar a las formas fósiles intermedias (los eslabones perdidos mencionados por Darwin). Nuestra teoría predice cómo deben ser este tipo de estructuras intermedias, y dónde podrían encontrarse con mayor probabilidad, que ha de ser, obviamente, en paleoespecies, es decir, en especies vivas actuales que se conservan sin haber cambiado desde hace muchos millones de años. Con la colaboración del Prof. Bermudo Meléndez (1912-1999), Catedrático de Paleontología de la Universidad Complutense de Madrid, hemos revisado las paleoespecies conocidas —algunas muy clásicas, como el Coelacanto— descritas con anterioridad, y la ampliamos aún más, a fin de tener una relación de material donde podamos estudiar el paleometabolismo, teniendo en cuenta que, la probabilidad de encontrar un determinado tipo de paleometabolismo en una paleoespecie depende también del nicho ecológico que ocupe, ya que cada estructura metabólica podrá haber estado sometida a mayor o menor presión de selección. Al llevar estas conclusiones teóricas al laboratorio, hemos encontrado varios casos de paleometabolismo. También estos resultados sugieren una explicación de las extinciones masivas de grupos, tales como los dinosaurios, los ammonites, o los trilobites, pues un diseño poco optimizado del metabolismo deja en inferioridad de condiciones a las especies que lo tienen, las cuales pueden ser incapaces de soportar cambios ambientales duros, o la competencia de otras especies con su metabolismo más optimizado. Puede explicarse que algunas especies de un grupo que ha sufrido una extinción masiva hayan conseguido llegar hasta nuestros días, pues las paleoespecies son siempre unos pocos representantes de un grupo que en su tiempo fue muy numeroso, como los cocodrilos o el cangrejo de herradura, o representantes de grupos que nunca fueron importantes, como la lombriz de tierra. Los primeros guardarán información sobre la causa de extinciones masivas, mientras que los segundos representan estructuras cuya pobre optimización no les permitió tener una radiación importante.
Nuestra actividad actual en este campo es el estudio del paleometabolismo en la estructura de la molécula de glucógeno, y en el diseño del ciclo de las pentosas.
Publicaciones
Meléndez-Hevia, E. (1993) La evolución del metabolismo: hacia la simplicidad. Eudema, Madrid, 95 págs. Traducido al inglés (sin publicar) por Athel Cornish-Bowden con el título: The evolution of metabolism: towards simplicity.
Meléndez-Hevia, E. (1998) Paleometabolismo. En: Paleontología 3ª edic. (Meléndez, B., coord), CSIC, Madrid., pp. 243-269.
Meléndez, B. & Meléndez-Hevia, E. (1998) Paleoespecies. En: Paleontología, 3ª edic. (Meléndez, B., coord). CSIC, Madrid, pp. 436-437.
Regulación enzimática
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Publicaciones
Meléndez, E. & Municio, A. M. (1972) Studies on the control of lactate dehydrogenase isoenzyme activity from rat brain by NAD+. International Journal of Biochemistry, 3, 437-442.
Meléndez, E. & Municio, A. M. (1972) Studies on the control of lactate dehydrogenase isoenzyme activity from rat striated muscle by NAD+. International Journal of Biochemistry, 3, 482-486.
Acebal, C., Castro, J., Meléndez, E. & Municio, A. M. (1974) Metabolic influences on the lactate dehydrogenase isoenzyme patterns in several rabbit tissues. International Journal of Biochemistry, 5, 23-29.
González de Buitrago, J. M., Meléndez, E. & Municio, A. M. (1975) Microheterogeneidad de las isoenzimas de láctico deshidrogenasa. Revista de la Real Academia de Ciencias (Madrid), número extraordinario dedicado al Prof. Lora Tamayo, pp. 559-588.
González de Buitrago, J. M., Meléndez, E. & Municio, A. M. (1975) Variaciones de las isoenzimas de láctico deshidrogenasa en cerebro durante el desarrollo. En: Biología perinatal (Botella Llusiá, J. & Municio, A. M., coords). Instituto de España, Madrid, pp. 337-346.
González de Buitrago, J. M., Meléndez-Hevia, E. & Municio, A. M. (1981) Shift in vivo in the lactate dehydrogenase isoenzyme pattern in experimental models conditioning the metabolic adaptation of rat brain. International Journal of Biochemistry, 13, 1119-1121.
Meléndez-Hevia, E., Corzo, J. & Pérez, J. (1981) Electrophoretic and stain method for pyruvate kinase isoenzyme patterns. En: Electrophoresis´81 (Allen, R. C. & Arnaud, Ph., eds). Walter de Gruyter & Co., Berlin, pp. 693-698.
González Lama, Z., de Armas, A., Betancor, P. & Meléndez-Hevia, E. (1981) Isoenzymes of superoxide dismutase in liver from Lacerta stehlini. En: Electrophoresis´81 (Allen, R. C. & Arnaud, Ph., eds). Walter de Gruyter & Co., Berlin, pp. 703-707.
Pérez, J. A., Siverio, J. M., Corzo, J. & Meléndez-Hevia, E. (1982) Cooperative ATP inhibition and fructose 1,6-biphosphate activation of rat liver pyruvate kinase. International Journal of Biochemistry, 14, 63-66.
Pérez, J. A., Mateo, F. & Meléndez-Hevia, E. (1982) Nucleotide isotachophoretic assay: Method and application for determination of ATP/ADP ratio in several rat tissues. Electrophoresis, 3, 102-106.
González-Lama, Z., Cutillas, M. J., Lamas, A. M. & Meléndez-Hevia, E. (1983) Polyacrylamid-starch gel electrofocusing of catalase from Pseudomonas aeruginosa. En: Electrophoresis´82, Walter de Gruyter & Co., Berlin, pp. 481-484.
Torres, N. V., Sánchez, L. D., Pérez, J. A. & Meléndez-Hevia, E. (1984) Regulation of glycolysis in lizards: kinetic studies on liver pyruvate kinase and phosphofructokinase of Lacerta galloti. Comparative Biochemistry and Physiology, 77B, 289-294.
Corzo, J., Riol-Cimas, J. M. & Meléndez-Hevia, E. (1984) Fish species identification by electrophoresis of muscle proteins in sodium dodecyl sulfate-containing polyacrylamide slab gels. Electrophoresis, 5, 168-170.
Siverio, J. M., Torres, N. V. & Meléndez-Hevia, E. (1985) Activities of L-lactate and glycerol phosphate production rates in vitro from glucose 6-phosphate in regenerating rat liver. International Journal of Biochemistry, 17, 1015-1017.
Optimización de las enzimas
Línea iniciada y desarrollada por el Prof. Reinhart Heinrich (1946-2006)en la Universidad Humboldt de Berlín. Nuestra colaboración con su grupo en esta línea ha dado un trabajo de carácter didáctico donde presentamos un caso sencillo, dirigido a los estudiantes de Bioquímica y Biofísica, para comprender la compleja teoría desarrollada por el Prof. Heinrich. Nuestra actuación en esta línea, en la actualidad, es la búsqueda de la razón teórica de la existencia de las isoenzimas, lo cual será también parte de la teoría general del metabolismo.
Publicación
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Capítulo siguiente: Control del metabolismo.
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Instituto del Metabolismo Celular
Prof. Enrique Meléndez-Hevia
