Proteine-immagine: le proteine impiegano meno di un microsecondo (rappresentazione artistica) per ripiegarsi nella loro forma tridimensionale. Crediti: Christoph Burgstedt/Science Photo Library
Le proteine impiegano meno di un microsecondo (rappresentazione artistica) per ripiegarsi nella loro forma tridimensionale. Crediti: Christoph Burgstedt/Science Photo Library
Quanto velocemente si ripiega una proteina? Una tecnica in tempo reale cattura l’attimo!
Gli scienziati affermano di aver effettuato alcune delle prime misurazioni dirette del tempo impiegato da una singola proteina comune per ripiegarsi. I risultati sono stati sorprendenti: non hanno trovato alcuna relazione tra la sequenza o le dimensioni di una proteina e il tempo impiegato per ripiegarsi nella sua forma tridimensionale. E le proteine sembrano ripiegarsi in modo più efficiente rispetto ad altre biomolecole, come il DNA, nonostante le proteine abbiano un insieme di ingredienti più complesso. Il lavoro è stato pubblicato oggi su Physical Review Letters.
Le funzioni delle proteine sono strettamente legate alle loro strutture 3D, spesso complesse. Alcune presentano tasche o protrusioni specializzate che consentono loro di agganciarsi ai recettori cellulari per inviare messaggi, ad esempio. “Ma non importa quanto sia intricato il suo design finale, una proteina inizia come una stringa di amminoacidi, “come un lungo spaghetto” che può ripiegarsi in diversi modi”, afferma Hoi Sung Chung, coautore dell’articolo e biofisico presso il National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases di Bethesda, nel Maryland. Le proteine ripiegate in modo improprio o incompleto possono portare a disfunzioni, malattie o tossicità, quindi gli scienziati vogliono comprendere i dettagli del processo di ripiegamento.
Molecole proteiche identiche che galleggiano in un becher raggiungeranno tutte la loro struttura tridimensionale finale in tempi diversi, ognuna delle quali compirà numerosi tentativi falliti lungo il percorso. Gli scienziati sanno quanto tempo richiede generalmente l’intero processo di ripiegamento, inclusi i tentativi falliti. Ma fino ad ora, è stato essenzialmente impossibile misurare la durata dell’atto stesso di ripiegamento: questo sprint è chiamato tempo del percorso di transizione.
Non battere ciglio
Questo periodo di transizione è molto breve e deve essere studiato nelle singole molecole. Finora, gli scienziati hanno intravisto il processo di ripiegamento rallentandolo artificialmente o osservando proteine insolite che si ripiegano a un ritmo lento.
Il gruppo di Chung ha catturato direttamente il periodo di transizione migliorando la risoluzione temporale di un metodo chiamato spettroscopia di fluorescenza a singola molecola. Utilizzando questa tecnica, gli scienziati possono valutare la dinamica delle molecole marcate con coloranti misurandone la fluorescenza.
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Gli autori hanno attaccato una molecola di colorante rosso a un’estremità di una stringa di amminoacidi e una verde all’altra estremità. Il colorante verde brilla da solo. Il colorante rosso si attiva solo quando riceve energia dal colorante verde. Prima che la stringa di amminoacidi si ripieghi, la fluorescenza del colorante verde è visibile. Quando la stringa inizia a ripiegarsi, le due molecole di colorante si avvicinano, consentendo il trasferimento di energia dalla molecola verde a quella rossa, che inizia quindi a brillare. Ma questa luce era ancora troppo debole perché gli scienziati potessero rilevarla, quindi hanno utilizzato un dispositivo di direzione della luce dotato di pozzi nanometrici che amplificano il segnale dei coloranti. Questo ha permesso loro di osservare il fugace momento del ripiegamento di otto proteine.
Fonte: Nature