La espectroscopía infrarroja le permite a los científicos analizar la estructura de proteínas en una escala temporal ultrarápida.
Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Las proteínas pueden tomar muchas formas diferentes, y esas formas ayudan a determinar la función de cada proteína. Analizando esas estructuras puede decirle a los científicos mucho sobre cómo se comporta una proteína, pero muchos de los métodos utilizados ahora para estudiar la estructura requieren que las proteínas sean cristalizadas o alteradas de otra manera a partir de su estado natural.
Ahora, investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han desarrollado una forma de analizar proteínas que no requiere de ningún tratamiento previo. La técnica es además extremadamente rápida, permitiéndole a los científicos ver, por vez primera, como una proteína cambia su forma en picosegundos, o billonésimas de segundo.
Los investigadores, liderados por el profesor de química Andrei Tokmakoff y el posdoctorado Carlos Baiz, describen la nueva técnica este mes en el diaro Analyst. Su acercamiento está basado en una tecnología conocida como espectroscopía infrarroja bidimensional, que trabaja enviando pulsos de luz infrarroja a una molécula y mide las vibraciones moleculares resultantes. En la nueva revista, los investigadores encontraron una manera de analizar esos datos y correlacionarlos a elementos estructurales comunes encontrados en proteínas.
Una vez ensambladas, las proteínas tienden a doblarse en una o dos estructuras secundarias, conocidas como hélices alfa (hélice α) y beta-láminas (u hoja plegada β). En este estudio, los investigadores distinguieron entre esas dos estructuras examinando como los enlaces entre el carbono y el oxígeno – encontrado en cada uno de los amino-ácidos que forman las proteínas – vibraban cuando eran expuestos a luz infrarroja.
En una hélice alfa, los enlaces carbono-oxígeno van paralelos al esqueleto de la proteína; en una beta-lámina, esos enlaces son perpendiculares a la hoja. Debido a esa diferencia, los enlaces vibran a frecuencias diferentes cuando son golpeadas por luz infrarroja. Esto le permite a los desarrolladores calcular el porcentaje de los amino-ácidos que pertenecen a la estructura de hélice y el porcentaje que forma una beta-lámina.
Los investigadores confirmaron la precisión de sus cálculos analizando un grupo de proteínas cuya estructura ya era conocida. Su método no revela realmente la estructura exacta de una proteína, pero los investigadores están trabajando en maneras de determinar los arreglos de las láminas y hélices de los datos espectroscópicos.
“En principio, la estructura completa de la proteína es representada en el espectro. El truco es como sacar la información”, dice Baiz, autor líder de la revista académica.
Una forma de hacerlo es analizar datos de un amplio rango de longitudes de onda infrarrojas. Los investigadores también están desarrollando métodos para obtener información sobre otros enlaces de los amino-ácidos.
Gracias a que el nuevo método puede ser realizado en millonésimas de segundo, puede ser usado para estudiar como las proteínas se doblan y desdoblan cuando son desnaturalizadas por el calor. Después de golpear una proteína con un rayo láser para calentarla, los investigadores pueden capturar una serie de tomas sobre como la proteína se desdobla en este muy corto período de tiempo.
“Este es el primer método que nos permitirá capturar tomas de la estructura de la proteína siendo desnaturalizada”, dice Baiz. “Usualmente la manera en la que la gente ve las proteínas es que comienzan con el estado desdoblado y terminan con el estado doblado, así que tienes dos estructuras estáticas. Lo que podemos hacer ahora es ver todas las estructuras en el camino”.
Munira Khalil, un profesor asistente de química en la Universidad de Washington, dice que la habilidad para rastrear los cambios estructurales en el tiempo es la más grande fortaleza de la técnica. “Una gran pregunta es ¿cómo se doblan las proteínas – en que punto pasan de ser una estructura completamente desordenada a una estructura ordenada?” dice Khalil, quien no estuvo involucrada en esta investigación.
Esto sería particularmente útil para estudiar proteínas que causan enfermedades cuando se doblan incorrectamente, como la proteína Tau encontrada en pacientes con la enfermedad de Alzheimer y el prión que causa la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
El método también puede medir los cambios estructurales que ocurren conforme las proteínas se unen una con la otra. “Si la proteína es como una roca, y no cambia, entonces realmente nunca va a unirse a su objetivo o hacer nada. Esos son los tipos de procesos que podemos ver – los cambios conformacionales que conducen la función biológica”, dice Baiz.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)
