Como probablemente sepa, las proteínas deben transformarse en cristales tridimensionales antes de poder analizar su estructura atómica y sus propiedades. Hasta ahora, producir cristales de alta calidad a partir de proteínas ha sido una tarea difícil. Pero los científicos del Reino Unido han utilizado con éxito un medio poroso o «agente de nucleación», un material que promueve la cristalización de las moléculas de proteína. Sus primeros pasos hacia el «santo grial» de la cristalografía pueden ayudar a acelerar el desarrollo de nuevos fármacos y tratamientos.
Así es como un comunicado de prensa del Imperial College London resume el estado actual de la cristalización de proteínas.
La cristalización es el proceso de convertir materiales, como proteínas, en cristales tridimensionales, lo que permite el estudio de su estructura atómica. La estructura tridimensional del cristal indica la función de la proteína, que los investigadores esperan que conduzca al desarrollo de tratamientos más efectivos.
Sin embargo, la producción de cristales de alta calidad ha sido durante mucho tiempo un cuello de botella importante en la cristalografía de rayos X. Esta pregunta se ha vuelto cada vez más aguda con el advenimiento de la genómica estructural y la proteómica destinadas a determinar las estructuras de miles de proteínas. La cristalografía de proteínas juega un papel importante en esta comprensión, porque las proteínas, como la principal maquinaria de los organismos vivos, son a menudo el objetivo de los fármacos.
Aquí hay una descripción de la técnica desarrollada por investigadores del Imperial College London y la Universidad de Surrey.
Para guiar las proteínas hacia los cristales, los investigadores utilizaron sustancias llamadas agentes de nucleación, que hacen esto al alentar a las moléculas de proteínas a formar redes.
El equipo, formado por científicos biomédicos, científicos de materiales y físicos, colaboró para desarrollar y poner en práctica una teoría sobre el diseño de materiales porosos para la cristalización de proteínas. La teoría se basa en la lógica de que la estructura porosa del material atrapa las moléculas de proteína y las impulsa a cristalizar.
A continuación se muestra una foto de «Microscopía óptica de cristales de alfa-quitina en caparazones de langosta que crecen en partículas de vidrio de gel bioactivo inmersas en una solución de cristalización» (barra de escala: 200 μm.) (Imagen y leyenda cortesía: Imperial College London )Londres).
Este trabajo de investigación fue publicado el 6 de enero de 2006 por procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias Titulado «Experimentos y teoría para la nucleación heterogénea de cristales de proteínas en medios porosos». A continuación se presentan algunos breves extractos del resumen.
La determinación de estructuras proteicas de alta resolución requiere cristales de calidad adecuada [and] El problema de la cristalización de proteínas está empeorando.
Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar métodos nuevos y efectivos para ayudar al crecimiento de cristales. La nucleación es un paso crítico que determina todo el proceso de cristalización. El santo grial, por lo tanto, es diseñar un «agente de nucleación universal», una matriz que induce la nucleación de cualquier cristal de proteína.
Aquí hay un enlace al texto completo (PDF, 5 páginas, 312 KB) del que se ha extraído la ilustración anterior. Aquí hay algunas conclusiones.
El método presentado aquí para la nucleación de cristales de proteínas en materiales mesoporosos abre una vía muy prometedora para la cristalización de proteínas. Se ha demostrado que ambos materiales con químicas muy diferentes pero con una amplia distribución del tamaño de los poros son agentes de nucleación efectivos, mientras que el material con el menor cambio en el tamaño de los poros fracasó.
Nuestra teoría y estos resultados experimentales sugieren que se desea un medio poroso desordenado, en el que los poros son muy poco homogéneos, ya que el uso de dicho medio poroso permite que uno o más poros tengan barreras de nucleación potencialmente muy bajas.
Finalmente, Naomi Chayen, profesora del Imperial College London, resumió este avance en cristalografía: «El primer paso para obtener un buen cristal es nuclearlo de manera ordenada. El ‘Santo Grial’ es encontrar una ‘nucleación universal’. «Inducirá la cristalización de cualquier proteína. Aunque se han realizado muchas investigaciones para encontrar agentes de nucleación universales, esta es la primera vez que hemos diseñado un agente de nucleación que funciona para una gran cantidad de materiales.
Fuente: Comunicado de prensa del Imperial College London, 9 de enero de 2006; y varios sitios web
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