Nuestros cuerpos están llenos de actividad y llenos de proteínas atrapadas en membranas grasas o flotando dentro y fuera de las células acuosas. Los científicos ahora han capturado, por primera vez, la danza entre los dos: un tango líquido con proteínas y grasas como normalmente se mueven en las células.
«Estamos avanzando más allá de la toma de fotografías individuales, que proporcionan estructura pero no dinámica, para registrar continuamente moléculas en el agua, su estado nativo». dice Qian Chen, científico de materiales e ingeniero de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (UIUC), que dirigió el equipo y describe tu trabajo como “producción cinematográfica”.
«De hecho, podemos ver cómo las proteínas cambian su configuración y, en este caso, cómo toda la estructura proteína-lípido autoensamblada fluctúa con el tiempo».
Ajustando una técnica de imagen ampliamente utilizada llamada Microscopía electrónica de transmisión., el equipo de Chen capturó la coreografía animada de 'nanodiscos' de proteínas de membrana en líquido. Aquellos nanodiscos Consisten en proteínas incrustadas en una bicapa lipídica que se asemeja a las membranas celulares en las que normalmente se encuentran.
El equipo denominó a su método “videografía electrónica” y validó los datos del video comparándolos con modelos computacionales a nivel atómico de cómo deberían moverse las moléculas según las leyes de la física.
Se pensaba que el movimiento de las proteínas unidas a las membranas era bastante limitado, dada la forma en que los lípidos las mantienen en su lugar. Sin embargo, los investigadores han observado interacciones entre proteínas y lípidos que se producen a distancias mucho mayores de lo que antes se creía posible.
Las proteínas de membrana son los guardianes, sensores y receptores de señales de las células, por lo que la técnica podría conducir a enormes avances en nuestra comprensión de cómo funcionan.
Con las técnicas existentes, las proteínas suelen congelarse o cristalizarse para que no se muevan ni desdibujen la imagen, ni resulten dañadas por los rayos X o los haces de electrones utilizados para generarlas. Esto pinta una imagen sin vida de una proteína estática que normalmente se pliega y se pliega, dejando a los científicos inferir cómo interactúa con otras moléculas en función de su estructura.
Alternativamente, algunas técnicas de imagen utilizan una etiqueta molecular fluorescente para rastrear moléculas a medida que se muevenen lugar de mirar la proteína directamente.
En este caso, los investigadores atraparon una gota de agua dentro de dos finas láminas de grafeno para protegerla del vacío del microscopio electrónico. Suspendidos en la gota de agua había nanodiscos de proteínas y lípidos sin marcar, que el equipo vio «bailando» juntos como en su entorno acuoso natural.
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Científicos de materiales he estado intentando durante al menos una década Filmaron la actividad de las moléculas biológicas en líquidos, pero no pudieron observar claramente la dinámica actual de las proteínas.
Con algunos ajustes cuidadosos en el enfoque, Chen y sus colegas obtuvieron imágenes de sus conjuntos de proteínas y lípidos en tiempo real y durante minutos, no microsegundos. Es importante destacar que redujeron la velocidad de los electrones que penetran en la muestra y trabajaron en la estructura del grafeno para filmar con éxito el complejo proteína-lípido en acción.
«Actualmente, esta es realmente la única forma experimental de filmar este tipo de movimiento a lo largo del tiempo». dice John Smith, estudiante de posgrado en ingeniería de materiales de la UIUC, primer autor del artículo.
«La vida es líquida y está en movimiento. Estamos intentando llegar a los detalles más pequeños de esta conexión de forma experimental».
En cuanto a otros esfuerzos, las técnicas de imagen mejoradas están revelando detalles increíbles sobre todo tipo de acontecimientos microscópicos, desde observar cómo toma forma la capa exterior de un virus hasta capturar el instante en que las proteínas colapsan en grupos en enfermedades como la enfermedad de Alzheimer.
Agregue inteligencia artificial a la mezcla, para predecir la forma 3D de casi todas las proteínas conocidas por la ciencia, y ciertamente parece que se ha abierto una nueva era de investigación biológica.
La investigación fue publicada en Avances científicos.
