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Cristalografía de proteínas con rayos X

Publicado por Ramón Contreras

La cristalografía de proteínas es una técnica usada en biología para observar la forma de las proteínas. En la actualidad se están implementando sistemas informáticos basados en la secuencia de aminoácidos y programas informáticos que prevén el posible plegamiento de la cadena, sin embargo esta tecnología es solo predictiva y en ocasiones dista de la realidad. Se han concedido dos premios Nobel en Química y Medicina por trabajos con cristalografía, ambos en 1962. El Nobel de química, de Max Perutz y John Kendrew, por sus trabajos de las proteínas hemoglobina y mioglobina. El Nobel de medicina fue concedido a Francis Crick, James Watson y Maurice Wilkins, por el descubrimiento de la estructra del ADN.

El 2014 se cumplieron 100 años del descubrimiento de la cristalografía.

El 2014 se cumplieron 100 años del descubrimiento de la cristalografía.

Conocer la estructura de las proteínas es importante puesto que ésta puede dar pistas sobre la posible función de la proteína. No solo la estructura primaria (la cadena de aminoácidos, de la que puedes leer más aquí) puede revelar la función de una proteína, sino que muchas veces es necesario un modelo en tres dimensiones para poder comprender los dominios de activación de una proteína. La estructura de una proteína se denomina estructura terciaria y cuaternaria de la proteína, puedes leer sobre ellas aquí y aquí.

Para determinar la estructura de una proteína existen varios métodos. La criomicroscopia electrónica o la cristalografía en membrana de 2 dimensiones son algunas de las aproximaciones posibles a la estructura de grandes complejos. Para las partículas de menor tamaño se puede emplear la espectroscopía NMR. Finalmente la cristalografía de rayos X (de neutrones) es un método de alta resolución (hasta 3 amstrongs) que permite resolver moléculas muy pequeñas como el NaCl hasta muy grandes, como los ribosomas, proporcionando una imagen estática de la estructura. Se basa en el fenómeno de difracción de la luz de las estructuras cristinas.

Antes de poder determinar la estructura de una macromolécula debe obtenerse en grandes cantidades para poder cristalizarla (cosa que no siempre es posible). Además la muestra ha de ser de gran pureza, contener solo las moléculas que queremos cristalizar y además hay que evitar que aunque sea la misma molécula se encuentre en conformaciones diferentes (cis o trans).

Las estrategias de cristalización varían para cada proteína. Existe un gran número de factores a tener en cuenta, tanto la temperatura como el pH, que deberán probarse en pequeños rangos de variación hasta dar con el óptimo para cristalizar la proteína objetivo. A la solución altamente concentrada de proteínas se le añade un soluto que haga que la proteína precipite, formando así estructuras ordenadas, llamadas cristales.

Una vez formados los cristales se pasan rayos X por ellos, que darán patrones de difracción. Se necesitan más de 300 imágenes para poder obtener la información suficiente para estimar la estructura de una proteína.

La proteómica o genómica estructural es la rama de la biología que tiene por objetivo conocer la estructura de todas las proteínas de un ser vivo.

Existen numerosos pasos que pueden alargar un proyecto de cristalización. Entre los más comunes están: que la proteína no se expresa en cantidades suficientes en una única conformación, no se puede purificar, que es insoluble, no se puede cristalizar, que no difracta los rayos X o que no se encuentran derivados útiles.

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