Una delle più grandi sfide della biologia risolta con un confronto tra i risultati ottenuti da due metodologie diverse
di ArXiv
Le proteine sono i mattoni della vita. Si tratta di lunghe catene di aminoacidi che si autoassemblano in macchine molecolari di straordinaria complessità. Queste macchine includono dispositivi computazionali chiamati ribosomi, scheletri di scaffold chiamati microtubuli e macchine per camminare simili a gambe chiamate chinesine, tra le altre cose.
Questo processo di autoassemblaggio è una delle grandi meraviglie osservate dalla scienza moderna. Non è chiaro come avvenga, ma gli scienziati sanno che la forma della struttura risultante determina la funzione della proteina e come interagirà con altre proteine.
Misurare la forma delle proteine è quindi cruciale. Il metodo più comune utilizzato prevede la cristallizzazione delle proteine perchè possano essere osservati con la cristallografia a raggi X per determinarne la struttura. Il problema é che la maggior parte delle proteine non forma cristalli, né cristallizza necessariamente in una sola forma, con conseguenti imprecisioni. Un’altra tecnica, chiamata risonanza magnetica nucleare, crea immagini di proteine in soluzione, ma richiede che siano raggruppate strettamente. Ancora una volta, solo poche proteine possono farlo.
Una piccola frazione di proteine può essere osservata con entrambe le tecniche. Le due immagini possono quindi essere messe a confronto e si scopre che le immagini prodotte dalle due tecniche differiscono in maniera significativa. Non è stato chiaro, finora, esattamente a cosa siano dovute queste differenze e come interpretarle.
Zhe Mei e colleghi, della Yale University di New Haven, sono riusciti a misurare la differenza nelle immagini della struttura proteica determinate mediante cristallografia a raggi X ed NMR. Grazie a questo calcolo, la squadra è così giunta ad una conclusione sull’origine delle differenze e come correggerle.
Lo studio è partito dalla compilazione di un database di proteine dotate di strutture determinate ad alta risoluzione da entrambe le tecniche. La lista non contiene che 16 proteine. Un secondo database composto dai ricercatori raccoglie strutture proteiche per cristallografia a raggi X determinate da diversi gruppi a diverse temperature. Ciò ha permesso alla squadra di studiare l’effetto della temperatura sulla struttura. I ricercatori hanno quindi creato un modello matematico per descrivere come le proteine si uniscono per formare cristalli solidi o fasci in soluzione per NMR.
Salta fuori che la densità a cui le proteine vengono impacchettate spiega con precisione la differenza nella struttura visualizzata dalle due tecniche: i fasci in soluzione hanno una densità superiore rispetto ai cristalli. “Identifichiamo le basi fisiche di queste differenze modellando i nuclei proteici come imballaggi inceppati di particelle in forma di aminoacidi”, affermano i ricercatori.
Il modello matematico può essere adattato alle variazioni nell’energia termica utilizzata per impacchettare le proteine. Dai risultati dello studio, gli imballaggi proteici su cui a temperatura non ha effetto, hanno circa la stessa densità delle strutture determinate dalla cristallografia a raggi X.
È quindi chiaro che la temperatura gioca un ruolo importante nella struttura delle proteine impacchettate, essendo le strutture osservate in NMR più dense. “Ciò suggerisce una base fisica per le differenze strutturali tra le strutture proteiche risolte dalla NMR e dalla cristallografia a raggi X”, dichiarano Mei e colleghi.
Le proteine nelle strutture cristalline sono inoltre costrette a prendere una forma definita che riduce la quantità di distorsione termica subita dalla molecola.
La prossima domanda per Mei e colleghi è: in che misura la struttura proteica è determinata dalla temperatura o il risultato dell’impacchettamento dei cristalli?
Per approfondire: Analyses Of Protein Cores Reveal Fundamental Differences Between Solution And Crystal Structures.
Immagine: L’analisi dei nuclei proteici rivela le differenze fondamentali tra soluzione e strutture cristalline
(lo)
