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» » Revelados los misterios de las máquinas moleculares

Referencia: Phys.org , 22 de diciembre 2014
“Mysteries of 'molecular machines' revealed”

"Dentro de cada célula de nuestro cuerpo y de cada bacteria y virus hay pequeñas pero complejas moléculas de proteínas que sintetizan sustancias químicas que replican el material genético, entre sí y de dentro a fuera, además de los productos químicos de transporte a través de las membranas celulares", explicaba Tom Terwilliger, científico del Laboratorio Nacional Los Álamos. "La comprensión de cómo funcionan todas estas maquinarias es la clave para el desarrollo de nuevas terapias, para el tratamiento de trastornos genéticos, y para el desarrollo de nuevas formas de hacer materiales útiles."

Una imagen de una proteína de la membrana llamada cysZ, visualizada con el software Phenix permite usar datos que antes no podían ser analizados. Crédito: Los Alamos National Laboratory.

Para entender cómo funciona una maquinaria debe verse la forma en que está organizada y cómo encajan todas sus piezas. Aquí es donde entran los científicos de Los Alamos. Estas máquinas moleculares son muy pequeñas:. Un millón de ellas, colocadas una al lado de otra, ocuparían menos de una pulgada (2,54 cm.) de espacio. Los investigadores pueden verlas haciendo uso de radiografías, cristales y computadoras. Ellos producen miles de millones de copias de una máquina de proteínas, la disuelven en agua, y hacen crecer cristales de la proteína, igual que el crecimiento de cristales de azúcar, salvo que las máquinas son más grandes que una molécula de azúcar.

Entonces hacen brillar un haz de rayos X en un cristal y miden el brillo de cada uno de los miles de puntos de rayos X difractados que se producen. A continuación, los investigadores utilizan el potente software Phenix, desarrollado por los mismos científicos de Los Álamos, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, Duke y de la universidad de Cambridge, para analizar los puntos de difracción y producir una imagen tridimensional de una sola máquina de proteínas. Este cuadro le dice a los investigadores exactamente cómo dicha máquina de proteínas está organizada.

Avance 3D

Recientemente, los científicos de Los Alamos trabajaron con sus colegas de LBNL y de la Universidad de Cambridge para hacer que aún sea más fácil visualizar esa máquina molecular. En un informe publicado este mes en la revista Nature Methods, ellos muestran que pueden obtener imágenes tridimensionales de las máquinas moleculares usando los puntos de difracción de rayos X que antes no podían ser analizados.

Algunas máquinas moleculares contienen unos cuantos átomos de metal u otros átomos que difractan los rayos X de distinta manera que los átomos de carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, los cuales componen la mayor parte de los átomos de una proteína. El software Phenix encuentra  primero esos átomos metálicos, y luego usa sus ubicaciones para encontrar todos los demas átomos. Para la mayoría de las máquinas moleculares, sin embargo, los átomos del metal tienen de ser incorporados en la máquina de forma artificial para que todo esto funcione.

La contribución más importante de los científicos de Los Alamos ha sido mostrar que podían aplicarse unos potentes métodos estadísticos para encontrar los átomos de metal, incluso en el caso que no se dispersaran los rayos X de forma tan diferente a todos los demás átomos. Incluso los átomos metálicos, como el azufre, que son naturalmente parte de casi todas las proteínas se pueden encontrar y utilizar para su generación la imagen tridimensional de una proteína. Ahora, será posible ver una imagen tridimensional de una proteína sin incorporar artificialmente átomos de metal en ellos, la mayoría de estas máquinas moleculares podrán ser estudiadas.

Descifrando la cascada


Las máquinas moleculares que recientemente se han visto con detalle tridimensional incluyen una "enorme" máquina molecular, llamada ‘Cascada’, tal como fue informado en la revista Science de este verano. La máquina Cascada está presente en las bacterias y se puede reconocer el ADN que proviene de los virus que infectan las bacterias. La máquina Cascada se compone de 11 proteínas y una molécula de ARN y se parece a un caballito de mar, con una molécula de ARN serpenteando por todo el "cuerpo" del caballito de mar. Si una pieza externa de ADN de una célula bacteriana es complementaria a una parte de la molécula de ARN, entonces otra máquina especializada puede venir para cortar el ADN extraño, salvando a la bacteria de la infección.

Los científicos de los Álamos y la Universidad de Cambridge que desarrollaron el software Phenix eran parte del equipo que visualizó esta máquina de proteínas por primera vez. El software Phenix se ha utilizado para determinar las formas tridimensionales de más de 15.000 máquinas de proteínas diferentes y ha sido citado por más de 5.000 publicaciones científicas.


Publicación: Nature Methods .
Fuente: Los Alamos National Laboratory .
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Editor del blog Pedro Donaire

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