El plegamiento de proteínas realiza un límite de velocidad

Champaign, Ill. - Para llevar a cabo sus funciones, las proteínas deben primero plegarse en estructuras particulares. La rapidez de este proceso puede ocurrir ha sido a la vez una fuente de debate y un obstáculo para la comparación de la teoría de plegamiento de proteínas y experimento.

Ahora, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han observado una proteína que golpeó un límite de velocidad al doblar en su estado nativo.

"Algunas de nuestras proteínas giraban tan rápido como les fuera posible - en sólo uno o dos microsegundos," dijo Martin Gruebele, profesor de la química, la física y biofísica Illinois. Un artículo que describe el trabajo ha de aparecer en la edición del 08 de mayo de la revista Nature.

Para estudiar el plegamiento de proteínas en el límite de velocidad, Gruebele y graduado estudiante Wei Yuan Yang tomó una pequeña proteína y, mediante la sustitución de algunos de los aminoácidos con otros que mejoraron las interacciones moleculares, hicieron doblar más rápido. En el momento en que terminó souping hasta su proteína, que estaba doblando casi 1.000 veces más rápido de lo normal.

Luego, los investigadores utilizaron un procedimiento de temperatura-salto rápido para medir los tiempos de plegado con una resolución de nanosegundos. Para iniciar la secuencia de plegado, una solución de proteínas desplegadas se calentó rápidamente por un único pulso de un láser infrarrojo. Como las proteínas se torcieron en sus formas características, los pulsos de un láser ultravioleta causados ??algunos de los aminoácidos para fluorescencia revelando una secuencia de tiempo de eventos de plegado.

"Debido a que una proteína puede seguir más de una vía a su estado natal, una variedad de tiempos plegables resultará", dijo Gruebele. "Trazado estos tiempos suele proporcionar una tasa de decaimiento exponencial, porque estamos promediando sobre un montón de moléculas a la vez."

Pero, además de la tasa de decaimiento exponencial normal, - que no exceda de 10 microsegundos - Gruebele y Yang detectan un comportamiento mucho más rápido que ocurrió en escalas de tiempo más cortas por debajo de uno o dos microsegundos.

"Ese es el límite de velocidad," dijo Gruebele. "Esa es la velocidad a la que los segmentos de la proteína pueden cambiar físicamente sus posiciones - la velocidad a la que la proteína podría retirarse si se tomó el camino más corto posible e hizo los errores menos posibles."

Antes del experimento, las estimaciones de tiempo iban desde tan poco como 10 nanosegundos a durar hasta 100 microsegundos, dijo Gruebele. La respuesta correcta yacía en medio de ese rango.

"Por supuesto, diferentes proteínas tienen diferentes límites de velocidad", dijo Gruebele. "Moléculas más largas tienen que moverse más para retirarse, y por lo tanto tienen límites de velocidad más lenta."

Mediante la modificación de su proteína se pliegue extremadamente rápido a través de una barrera de energía reducido, los investigadores se trasladaron de temporización macroscópicas de la cinética de plegamiento de la proteína a través de una barrera de energía para medir el tiempo del movimiento de la cadena de polímero de la proteína. Esta escala de tiempo molecular también es donde la teoría del estado de transición se rompe.

"Debido a que podemos medir tanto la escala de tiempo molecular y la cinética activados normalmente asociados con la teoría del estado de transición en un experimento, se puede determinar la energía de activación en una escala absoluta," dijo Gruebele. "Esto nos permite comparar directamente las tasas de plegamiento experimentales y computacionales, y por lo tanto calibrar la teoría."