Casi un tercio de todas las proteínas en los seres vivos están firmemente incrustadas en una biomembrana, ya sea en la membrana externa de una célula o en los límites de los compartimentos celulares internos. Allí, estas proteínas de membrana realizan tareas importantes, que sirven, por ejemplo, como moléculascanales para transportar metabolitos y nutrientes a través de la membrana o como proteínas sensoras para detectar el entorno celular.
Un equipo de investigadores dirigido por Daniel J. Müller, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de ETH Zurich en Basilea, ahora ha investigado cómo las proteínas de membrana logran ingresar a las membranas. Para hacer esto, utilizaronmétodo preciso que les permite extraer proteínas individuales de las membranas o depositarlas en ellas. Este método, conocido como espectroscopía de fuerza de una sola molécula, permite a los científicos guiar un voladizo controlado por computadora que mide solo unos pocos nanómetros de espesor a una ubicación específica en unsuperficie de la membrana con la máxima precisión. Las fuerzas adhesivas moleculares hacen que una proteína localizada allí se adhiera al voladizo.
Papel de dos proteínas auxiliares
En experimentos con proteínas bacterianas, los investigadores pudieron aclarar el papel de dos proteínas auxiliares, una insertasa y un translocase, que permiten que las proteínas de membrana se incrusten en la membrana. La insertase es una proteína única, mientras que translocase esun complejo compuesto de múltiples proteínas. Ambas aseguran que se abra un poro en la membrana ". En el caso de la insensata, podemos pensar en este poro como un portaobjetos. La proteína de la membrana está presente inicialmente como una cadena peptídica no estructurada que se deslizahacia abajo en este deslizamiento hacia la membrana. En la membrana, esta cadena de péptidos adquiere su forma tridimensional funcional ", explica el profesor de ETH Müller." Una vez que la proteína de la membrana se ha convertido en tridimensional y se ha incrustado en la membrana, el ayudantela proteína se desprende y forma un portaobjetos en una ubicación diferente en la membrana para la siguiente proteína ", continúa.
Hasta ahora, la investigación sobre cómo funcionan estas proteínas auxiliares era imprecisa y usaba solo péptidos cortos o se realizaba solo fuera de las biomembranas ". Ahora hemos observado y descrito por primera vez, paso a paso, cómo una proteína completa se incrusta a sí mismaen una membrana y adquiere una forma tridimensional ", dice Tetiana Serdiuk, un postdoctorado en el grupo de la profesora ETH Müller y primer autor del estudio.
Los investigadores de ETH también pudieron mostrar las diferencias en la forma en que funcionan las insertasas y las translocasas: las insertasas insertan hebras de péptidos en la membrana de manera relativamente rápida pero torpe. "Esto significa que funcionan bien particularmente con proteínas pequeñas", dice Müller.Por otro lado, inserte hebras peptídicas en la membrana sección por sección, haciéndolas más adecuadas para proteínas más complejas.
Importante para la medicina
Este estudio es un caso de investigación básica clásica, que es particularmente significativo en vista de la importancia de las proteínas de membrana para la medicina, como Müller enfatiza: "Alrededor de la mitad de todos los medicamentos actúan sobre las proteínas de membrana, y necesitamos entender cómo estas membranaslas proteínas se forman y cómo funcionan "
Además, la espectroscopía de fuerza de molécula única, que los científicos de ETH refinaron aún más para este estudio, podría usarse en otras aplicaciones: en conexión con el Centro Nacional de Competencia en Investigación NCCR para Ingeniería de Sistemas Moleculares, Müller y otros científicosestán trabajando para desarrollar células biológicas artificiales. "Este método podría usarse para adaptar biomembranas con proteínas, esencialmente programándolas", dice el profesor de ETH. "Las células artificiales de este tipo podrían algún día usarse como fábricas moleculares para producir productos farmacéuticos enuna escala industrial "
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Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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