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 podido, por primera vez, capturar una imagen de la danza entre los dos: el tango fluido de proteínas y lípidos tal como se mueven normalmente en las células.
«Vamos más allá de simplemente tomar fotografías individuales, que dan estructura pero no dinamismo, a registrar continuamente las moléculas en el agua y su estado original». Él dice Qian Chen, científico de materiales e ingeniero de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (UIUC), quien dirigió el equipo y Describe su trabajo Como «hacer películas».
«Realmente podemos ver cómo las proteínas cambian su conformación y, en este caso, cómo la estructura proteína-lípido autoensamblada fluctúa con el tiempo».
Al modificar una técnica de imagen ampliamente utilizada llamada Microscopio electrónico de transmisiónEl equipo de Chen capturó imágenes en movimiento de «nanodiscos» de proteínas de membrana en líquido. estos Nanodiscos Consisten en proteínas incrustadas en una bicapa lipídica similar a las membranas celulares en las que normalmente se encuentran.
El equipo llamó a su método “imágenes de video electrónicas” y validó los datos del video comparándolos con modelos informáticos a nivel atómico de cómo se mueven las moléculas según las leyes de la física.
Se pensaba que el movimiento de las proteínas unidas a la membrana era algo limitado debido a la forma en que los lípidos las mantenían en su lugar. Sin embargo, los investigadores observaron que las interacciones entre proteínas y lípidos se producen a distancias mucho mayores de lo que se pensaba anteriormente.
Las proteínas de membrana son guardianes, sensores y receptores de señalización de las células, por lo que esta tecnología podría conducir a enormes avances en nuestra comprensión de cómo funcionan.
Con las tecnologías actuales, las proteínas generalmente se congelan o cristalizan para que no se muevan, no distorsionen la imagen ni sean dañadas por los rayos X o los haces de electrones utilizados para obtenerlas. Esto da una imagen sin vida de una proteína fija que normalmente se pliega y dobla, lo que deja a los científicos inferir cómo interactúa con otras moléculas en función de su estructura.
Alternativamente, algunas técnicas de imagen utilizan una etiqueta molecular fluorescente. Seguimiento de partículas a medida que se muevenEn lugar de observar la proteína directamente.
En este caso, los investigadores colocaron una gota de agua dentro de dos finas láminas de grafeno para protegerlas del vacío de un microscopio electrónico. Suspendidos en la gota de agua había nanodiscos de proteínas y lípidos sin marcar, que el equipo observó «bailar» juntos como lo harían en su entorno acuático natural.
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Científicos de materiales Podrías intentarlo Durante al menos diez años para obtener imágenes de la actividad de las moléculas biológicas en los fluidos, pero no pudieron observar claramente la dinámica de las proteínas en curso.
A través de algunas modificaciones sutiles a este enfoque, Chen y sus colegas obtuvieron imágenes de sus conjuntos de proteínas y lípidos en tiempo real, durante minutos, no microsegundos. Es importante destacar que redujeron la velocidad a la que los electrones penetraban en la muestra y trabajaron en la estructura de grafeno, obteniendo imágenes exitosas del complejo de lipoproteínas en acción.
«En este momento, esta es la única forma experimental de capturar este tipo de movimiento a lo largo del tiempo». Él dice John Smith, estudiante de posgrado en ingeniería de materiales en UIUC, es el primer autor de este artículo.
«La vida es fluida, está en movimiento. Estamos tratando de llegar a los detalles más finos de esta conexión de forma experimental».
En cuanto a otros esfuerzos, las técnicas de imagen mejoradas están revelando detalles sorprendentes sobre todo tipo de eventos microscópicos, desde observar cómo se forma la capa exterior de un virus hasta detectar las proteínas que se descomponen en grupos en enfermedades como el Alzheimer.
Agregue inteligencia artificial a la mezcla, prediciendo 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 Avance de la ciencia.
