It can take less than a microsecond for proteins (artist’s impression) to fold into their 3D shapes.Credit: Christoph Burgstedt/Science Photo Library
Científicos han realizado algunas de las primeras mediciones directas del tiempo que tarda una proteína individual y ordinaria en plegarse. Los resultados sorprendieron: no encontraron relación entre la secuencia o el tamaño de una proteína y el tiempo que tarda en adoptar su forma tridimensional. Además, las proteínas parecen plegarse de manera más eficiente que otras biomoléculas, como el ADN, a pesar de tener componentes más complejos. El trabajo fue publicado hoy en Physical Review Letters1.
‘Dark proteins’ hiding in our cells could hold clues to cancer and other diseases
Las funciones de las proteínas están estrechamente ligadas a sus estructuras tridimensionales, a menudo complejas. Algunas poseen cavidades o protuberancias especializadas que les permiten unirse a receptores celulares para enviar mensajes, por ejemplo. Pero, independientemente de lo intrincado que sea su diseño final, una proteína comienza como una cadena de aminoácidos, “como un largo fideo de espagueti” que puede plegarse de innumerables maneras, explica Hoi Sung Chung, coautor del estudio y biofísico del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales en Bethesda, Maryland. Las proteínas que se pliegan incorrectamente o de forma incompleta pueden provocar disfunción, enfermedad o toxicidad, por lo que los científicos buscan comprender los detalles del proceso de plegamiento.
Moléculas de proteínas idénticas flotando en un vaso de precipitados alcanzarán su estructura tridimensional final en diferentes momentos, cada una realizando muchos intentos fallidos en el camino. Los científicos saben cuánto tiempo tarda generalmente todo el proceso de plegamiento, incluidos esos intentos fallidos. Pero hasta ahora, ha sido esencialmente imposible medir la duración del acto de plegamiento en sí, esta carrera se llama tiempo de transición.
No parpadees
Este período de transición es muy breve y debe estudiarse en moléculas individuales. Hasta ahora, los científicos han vislumbrado el proceso de plegamiento ralentizándolo artificialmente o observando proteínas inusuales que se pliegan a un ritmo lento.
El grupo de Chung capturó el período de transición directamente mejorando la resolución temporal de un método llamado espectroscopía de fluorescencia de molécula única. Utilizando esta técnica, los científicos pueden evaluar la dinámica de moléculas marcadas con tinte midiendo su fluorescencia.
Los autores unieron una molécula de tinte rojo a un extremo de una cadena de aminoácidos y una verde al otro extremo. El tinte verde brilla por sí solo. El tinte rojo se activa solo cuando recibe energía del tinte verde. Antes de que la cadena de aminoácidos se pliegue, es visible la fluorescencia del tinte verde. Cuando la cadena comienza a plegarse, las dos moléculas de tinte se acercan, lo que permite que la energía se transfiera de la molécula verde a la roja, que luego comienza a brillar. Pero esta luz era demasiado débil para que los científicos la detectaran, por lo que utilizaron un dispositivo de dirección de la luz con patrones de pozos a nanoescala que amplifica la señal de los tintes. Esto les permitió observar el fugaz momento del plegamiento de ocho proteínas.
