Nova tècnica per desplegar biomolècules a alta velocitat
Representació del desplegament de la proteïna estudiada en aquest treball, la titina, que actua com un ressort en el sarcòmer, la unitat funcional i contràctil del múscul.
Recerca
(12/12/2013)
Les biomolècules, principalment les proteïnes, es pleguen formant estructures tridimensionals úniques que determinen quina funcionalitat tindran en els éssers vius. Actualment, les simulacions de dinàmica molecular s'han convertit en una eina molt important en biologia per conèixer com es produeixen aquests plegaments. No obstant això, aquestes eines consumeixen molts recursos de càlcul i per aquesta raó només poden cobrir un petit rang del temps de vida d'una molècula.
Representació del desplegament de la proteïna estudiada en aquest treball, la titina, que actua com un ressort en el sarcòmer, la unitat funcional i contràctil del múscul.
Recerca
12/12/2013
Les biomolècules, principalment les proteïnes, es pleguen formant estructures tridimensionals úniques que determinen quina funcionalitat tindran en els éssers vius. Actualment, les simulacions de dinàmica molecular s'han convertit en una eina molt important en biologia per conèixer com es produeixen aquests plegaments. No obstant això, aquestes eines consumeixen molts recursos de càlcul i per aquesta raó només poden cobrir un petit rang del temps de vida d'una molècula.
En un treball que ha publicat la revista Science i que han dut a terme investigadors de la UB i de lʼInstitut Nacional de la Salut i de la Recerca Mèdica (INSERM), de la Universitat dʼAix-Marseille, sʼha fet el primer experiment que permet manipular una molècula individual a la mateixa velocitat que es fa la simulació a l'ordinador. Segons explica Manel Puig Vidal, professor del Departament dʼElectrònica de la UB i un dels autors de la recerca, «per primera vegada, s'ha fet una comparació directa de l'experimentació i la simulació, i s'ha pogut establir que l'estat físic d'una molècula, o dʼuna cèl·lula, és tan important com el seu estat bioquímic».
Molts dels processos de la vida impliquen accions físiques, com ara l'acció mecànica que es pot observar durant la contracció muscular. La proteïna estudiada en aquest treball és la titina, que actua com un ressort en el sarcòmer, la unitat funcional i contràctil del múscul. Per tant, el seu comportament mecànic està directament relacionat amb la seva funció fisiològica, l'absorció i transmissió de la força. «En un terme més general, estem aprenent lliçons importants sobre el procés de plegament de proteïnes a partir de lʼestudi del seu desplegament», conclou Puig Vidal.
Per dur a terme aquest experiment, els investigadors han utilitzat la tècnica de microscòpia de forces atòmiques a altes velocitats (HS-AFM), que permet obtenir imatges de biomolècules a velocitats de vídeo gràcies a la miniaturització dels seus components. Es tracta d'una tècnica anàloga a lʼespectroscòpia de forces a altes velocitats (HS-FS) desenvolupada pels mateixos investigadors, que, tal com explica Laura González, estudiant de doctorat de la UB i també signant del treball, «permet fer mesures de desplegament de proteïnes de 4.000 micres per segon». Això és 2,5 ordres de magnitud més ràpid que les mesures convencionals. D'aquesta manera, es pot arribar als límits de les simulacions que es fan actualment, el que s'anomena dinàmica molecular dirigida (SMD).
És evident que la deformació dʼuna proteïna pot tenir un paper important en la biologia i la medicina en general, i en particular en la mecanotransducció, que engloba molts mecanismes biològics pels quals les cèl·lules transformen estímuls mecànics en activitat química. Amb tot, la comprensió de la mecànica de les proteïnes es troba en fases molt poc avançades, i encara queden obertes moltes preguntes importants. Estudis com aquest, dut a terme per físics de la UB i lʼequip del professor Simon Scheuring, de lʼINSERM, són importants per ajudar a fer un pas endavant per entendre com afecta la deformació dʼuna proteïna a la seva funció o quin és el comportament dinàmic de les proteïnes.
Referència de l'article:
F. Rico, L. González, I. Casuso, M. Puig Vidal, S. Scheuring. «High-Speed Force Spectroscopy Unfolds Titin at the Velocity of Molecular Dynamics Simulations». Science, novembre de 2013. DOI:10.1126/science.1239764