Investigación revela que cambian de forma las interacciones atómicas

Published on September 13, 2009 at 8:21 PM

¿Cuánta diferencia puede una décima de nanómetro hacer? Cuando se trata de averiguar cómo funcionan las proteínas, una mejora en la resolución de esa minúscula cantidad puede significar la diferencia entre ver que los átomos son y entender cómo interactúan entre sí.

Paneles de la Alta y Media: detalles Atómica de zinc vinculante para la proteína transportadora de cinc, conocido como YiiP. Panel inferior: Una caricatura que ilustra cómo vinculante zinc puede cambiar la forma de la proteína para regular la geometría de coordinación del sitio activo para el transporte de zinc (que se muestra como un tetraedro en el panel central).

Caso en cuestión: nueva y mejorada resolución de puntos de vista de una proteína transportadora de zinc descifrado en el Departamento de EE.UU. de Brookhaven de Energía del Laboratorio Nacional no ofrece sólo una estructura, sino también un mecanismo propuesto por cuánto sentido las células y regulan zinc, un elemento que es esencial para la vida , pero que debe mantenerse en un estado de equilibrio para evitar problemas como convulsiones, diabetes, y posiblemente la enfermedad de Alzheimer.

Los nuevos hallazgos, que será publicado en línea el 13 de septiembre de 2009, por la naturaleza Structural & Molecular Biology, sugieren objetivos para el zinc, que regulan las drogas, e incluso puede avanzar en la comprensión de zinc similares de regulación de las enzimas en los cloroplastos de plantas con posibles implicaciones para los biocombustibles de producción.

"Nuestro objetivo es dar a conocer las interacciones atómicas en una estructura de la proteína para entender la química que subyace a la función biológica de las proteínas", dijo el biólogo de Brookhaven Dax Fu, quien dirigió la investigación. "Con esta estructura, podemos empezar a comprender el mecanismo de transporte de zinc a nivel químico".

La estructura fue revelada utilizando cristalografía de rayos X en Fuente el laboratorio de Brookhaven Nacional de Luz Sincrotrón (NSLS), una fuente de intensos rayos X, ultravioleta y luz infrarroja. Mediante el estudio de cómo los rayos X rebotan en muestras cristalizadas de una proteína, los científicos pueden reconstruir la ubicación y orientación de los átomos de la proteína en tres dimensiones.

El equipo de Brookhaven había utilizado previamente NSLS para resolver una estructura de proteína transportadora de zinc en una resolución más baja *. Para lograr la nueva estructura y mejorada, los científicos agregaron átomos de mercurio para estabilizar embalaje de proteínas en los cristales. Este aumento de la resolución de su visión de rayos X por una mera angstrom (la décima parte de un nanómetro). Pero debido a que trajo la resolución general de su estructura hasta justo debajo de 3 angstroms - el punto en el que los átomos individuales comienzan a ser visibles - que permitió a los científicos para ver las proteínas en acción, ya que unidos a los iones de zinc y transportados.

El uso de sondas fluorescentes, los científicos también estudiaron cómo la proteína cambia de forma en respuesta a la unión de zinc. Y probaron que los cambios de los elementos estructurales de la proteína transportadora de zinc podría afectar su capacidad de transporte de zinc.

En conjunto, estos experimentos sugieren un mecanismo de auto-regulación para el transporte de zinc: unión de zinc dentro de la celda activa de la bisagra-como los movimientos de las dos partes eléctricamente repulsiva de la proteína que se encuentran en el interior de la célula, lo que resulta en un cambio conformacional en la parte de la proteína que atraviesa la membrana celular. Así que cuando los niveles de zinc en el interior del lugar de células muy alto, este cambio de forma de alguna manera empuja a los iones de zinc a través de la membrana y fuera de la célula.

"Exactamente cómo la proteína empuja los iones de zinc a través de la membrana aún no se ha determinado", dijo Fu, quien añadió que este será un foco de futuras investigaciones.

Posiblemente, añadió, las drogas que se unen a las porciones de detección de zinc de la proteína podría ser utilizada para modular la actividad de transporte de zinc y ayudar a ajustar los niveles de zinc como posibles tratamientos para enfermedades tales como trastornos convulsivos o diabetes. Brookhaven Science Associates, que maneja el laboratorio de Brookhaven, ha presentado una solicitud de patente relacionada con este trabajo.

Además, porque las proteínas de otros metales transporte comparten una arquitectura similar a la proteína transportadora de zinc, los resultados de este estudio puede avanzar en la comprensión de otras enfermedades relacionadas con el desequilibrio de metal, así como el desarrollo de posibles tratamientos para esas condiciones.

Además, este trabajo podría tener implicaciones para los investigadores que tratan de mejorar las perspectivas de la producción de biomasa en las plantas, un componente esencial para el desarrollo de biocombustibles. El zinc es un co-factor esencial en una serie de reacciones en los cloroplastos, el sitio de la fotosíntesis. Pero, como es el caso de los animales, exceso de metales pueden ser altamente tóxicos en las plantas. En consecuencia, los estudios para ayudar a dilucidar zinc transportador de la función de proteínas podría ayudar a científicos a entender cómo las plantas de mantener el delicado equilibrio necesario para el crecimiento ideal.

Los futuros estudios de estructuras de proteínas en el laboratorio de Brookhaven promesa de revelar mayor detalle mecánico cuando una nueva fuente de luz, conocido como NSLS-II, se abre en 2015. Esa instalación, actualmente en construcción, será de 10.000 veces más brillante que NSLS. Ese aumento en el brillo - y por lo tanto, la resolución - sería particularmente importante en el estudio de proteínas de membrana, que representan la gran mayoría de las proteínas de interés para los fármacos en desarrollo, pero que también son a menudo difíciles de cristalizar.

"Como lo muestra este estudio, incluso las pequeñas mejoras en la resolución de difracción de rayos X puede ser de gran avanzar en la comprensión mecanicista de la función de la proteína", dijo Fu.

Esta investigación se realizó en la línea de luz en la X25A NSLS. El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de la Salud, Oficina de Ciencia del DOE (Oficina de Ciencias Básicas de la Energía), y por el Departamento de Biología en el laboratorio de Brookhaven.

Last Update: 9. October 2011 11:10

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