Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos mezcladas juntas como auriculares que quedan en el bolsillo durante demasiado tiempo. Pero aunque el desorden de proteínas de los nudos entrelazados puede parecer desordenado, sus pliegues específicos son extremadamente importantes para sus funciones biológicas. Se cree que las proteínas mal plegadasser la génesis de enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson, el Huntington y la fibrosis quística, solo por nombrar algunas.
Para obtener una visión detallada de cómo se pliegan las diferentes proteínas, los investigadores las congelan en una estructura cristalina y las bombardean con explosiones extremadamente cortas de rayos X. Al registrar cómo los rayos X rebotan en las muestras, los científicos pueden reconstruir las diferentes proteínasformas, o conformaciones, que una proteína puede tomar. Luego utilizan una variedad de técnicas para determinar cómo las proteínas se pliegan en sus estructuras finales.
Pero existen límites para estas técnicas que han provocado que la mayoría de los estudios se centren en proteínas más pequeñas y simples. Sin embargo, la proteína promedio que se encuentra dentro de una célula humana no es ni pequeña ni simple. La mayoría son más como una caja de Navidad de tamaño económicoluces que no se han abierto en una década.
En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Duke han adoptado un enfoque diferente para estudiar las conformaciones de una de estas proteínas más grandes. Al separar lentamente una proteína llamada Proteína S, descubrieron una conformación estable previamente desconocida que fue posible gracias a un poco de ayudade su mejor amigo.
Los resultados, que se publicarán en la edición del 9 de septiembre de 2016 del Revista de Química Biológica en línea el 4 de julio de 2016, demuestre que los bioquímicos deben comenzar a repensar algunos de sus supuestos.
"Nuestro estudio muestra que algunas de las ideas antiguas de nuestro campo necesitan ser revisadas", dijo Piotr Marszalek, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Duke. "Suposiciones anteriores que se hicieron sobre proteínas grandes que muestran una falta de estructura ola estabilidad podría haberse hecho demasiado apresuradamente "
Los métodos tradicionales para determinar las estructuras de proteínas y los resultados promedio de estabilidad de cientos, si no miles, de muestras individuales. Si bien esto puede dar resultados más confiables, pierde conformaciones estables que no toman forma con mucha frecuencia.
En cambio, el nuevo estudio utilizó un método llamado espectroscopía de fuerza de una sola molécula, donde una proteína se separa lentamente como una bola enredada de espagueti pegajoso.
Un extremo de la proteína está unido a un objeto estacionario. El otro extremo está unido a una astilla de vidrio flexible que se afila en un punto hasta la escala atómica. A medida que el vidrio tira lentamente de la molécula,se dobla por la resistencia de los enlaces de la proteína antes de volver a su lugar cuando se rompe el enlace.
Al observar cuánta fuerza se requiere para romper cada enlace y medir cuánto tiempo lleva, los investigadores pueden comparar la estructura conocida de una proteína con sus datos para buscar inconsistencias.
"Cuando miramos los datos de la proteína S, encontramos que una de sus mitades mostraba demasiada variabilidad entre las pruebas", dijo Zack Scholl, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Marszalek. "Tenía que haber otra conformación desconocida de que eratomando."
Para descubrir esta segunda conformación, Scholl trabajó con su otro asesor, Weitao Yang, profesor de química en Duke, para ejecutar simulaciones por computadora que pudieran explicar los datos. Descubrieron que la mitad de la proteína, llamada dominio, estaba ganandoestabilidad del otro, un fenómeno que nunca antes se había visto.
"La proteína como un todo en realidad está contrarrestando su propia carga", dijo Scholl. "Usted tiene demandas contradictorias. Una demanda es sitios de unión cargados negativamente en la superficie de un dominio que introducen esta inestabilidad. Pero también desea tener una estabilidaddoblar, para que traigas una parte cargada positivamente del otro dominio para estabilizarlo "
La proteína S se encuentra comúnmente cubriendo las esporas en la naturaleza, pero nadie sabe lo que hace. Quítala de las esporas, y aún así se esparcen y germinan nuevas plantas y hongos muy bien.
Sin embargo, la proteína es extremadamente similar a muchas otras proteínas que se encuentran en todo el reino animal. En los mamíferos, incluidos los humanos, tiene un parecido sorprendente con una proteína que se encuentra en los lentes de nuestros ojos. Estas proteínas son extremadamente estables, no tienen queser reemplazado por años o incluso décadas, muy lejos de otros que se reemplazan a diario.
Su complejidad y estabilidad fueron dos de las razones por las que el trío de investigadores decidió estudiarlo. Comprender cómo la proteína obtiene su estabilidad puede dar pistas sobre por qué otras proteínas pierden la suya.
"Los dos dominios funcionan juntos", dijo Scholl. "Por lo tanto, la proteína puede haber evolucionado para que los dos dominios dependan unos de otros para ayudar a su estabilidad".
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation GRFP 1106401, NSF MCB-1052208, MCB-1517245 y la beca Katherine Goodman Stern de la Escuela de Graduados de la Universidad de Duke.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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