Escalas moleculares en membranas biológicas – ScienceDaily

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Una gran proporción de procesos biológicamente relevantes tienen lugar en membranas. Estudiar la dinámica de estos procesos en tiempo real y sin perturbar el sistema biológico sigue siendo un gran desafío metodológico. Un equipo dirigido por Petra Schwille, directora del Instituto Max Planck de Bioquímica, y Nikolas Hundt de Ludwig-Maximilians-Universität München ha desarrollado un nuevo método para este propósito: la detección de partículas sensibles a la masa (MSPT). Usando MSPT, los movimientos y reacciones de proteínas individuales no marcadas en membranas biológicas pueden determinarse únicamente por su masa.

Los procesos celulares en las membranas suelen ser rápidos y de corta duración. Las moléculas se ensamblan brevemente, se separan nuevamente, interactúan con diferentes socios y se mueven a lo largo de la membrana o a través de ella. Por lo tanto, es importante no solo estudiar las instantáneas estáticas de estos procesos, sino también comprender su dinámica. Pero, ¿cómo se puede lograr este método de manera metódica? Petra Schwille del Instituto Max Planck de Bioquímica y Nikolas Hundt de la Universidad Ludwig Maximilians junto con su equipo desarrollaron el método Mass-Sensitive Particle Tracking – MSPT, que permite el análisis de proteínas durante procesos dinámicos en membranas.

El punto de partida para los biofísicos han sido los avances recientes en la fotometría de masas, que ya pueden usarse para determinar la masa molecular de moléculas no marcadas en solución. La novedad de MSPT es que la dinámica de las proteínas asociadas a la membrana ahora se puede rastrear en su entorno biológicamente plausible. En este proceso, las proteínas individuales se identifican por su masa molecular sin necesidad de etiquetado. Frederik Steiert, uno de los primeros autores de la publicación, dice: «Ahora podemos rastrear directamente en las membranas biológicas qué masa tienen las proteínas individuales, cómo se mueven y cómo interactúan. Esto nos permite estudiar la dinámica de los sistemas biológicos con más detalle. . » El análisis de procesos dinámicos es particularmente importante en biología, ya que muchos procesos en la membrana son transitorios.

Determinación de masa por difusión de luz.

¿En qué principios se basa el nuevo método? Cuando la luz golpea una partícula, la luz se dispersa. La intensidad de la luz dispersa depende de la masa de la partícula. Los videos en los que las proteínas individuales en las membranas se hacen directamente visibles se registran con un microscopio. Con la ayuda de software de análisis, estas proteínas se pueden rastrear y se puede determinar su señal de dispersión y, por lo tanto, su masa. Actualmente, esto es posible para proteínas con un peso molecular de al menos 50 kDa, es decir, para la mayoría de las proteínas conocidas. Otra ventaja del nuevo método MSPT es que no es necesario marcar las proteínas. El etiquetado se puede lograr, por ejemplo, uniendo etiquetas fluorescentes a moléculas. Sin embargo, el etiquetado conlleva el riesgo de que las proteínas se vean comprometidas en su función o que las etiquetas fluorescentes se blanqueen durante el experimento. El uso de MSPT, por otro lado, evita los problemas metodológicos que pueden surgir del etiquetado.

Sistema de proteínas MinDE

Para demostrar el potencial del método para problemas biológicos, los biofísicos utilizaron un sistema establecido del laboratorio de Schwille: el sistema de proteínas MinDE de la bacteria. Escherichia coli (Y. coli). Las proteínas MinD y MinE están involucradas en E. coli división celular. Tamara Heermann, otra primera autora, dice: «El método nos permite caracterizar propiedades de sistemas dinámicos que antes no eran medibles. Esto nos permitió no solo verificar los resultados establecidos en el sistema Min, sino también obtener nuevos conocimientos». Usando MSPT, el equipo pudo demostrar que los complejos de proteínas MinD son más grandes de lo que se pensaba inicialmente. Además, los experimentos proporcionan los primeros conocimientos de que MinE puede actuar como un elemento de conexión para las proteínas MinD y que, por lo tanto, puede iniciar la liberación de complejos más grandes en la membrana.

Como se informa en el nuevo artículo, MSPT proporciona información valiosa para dilucidar los procesos dinámicos en las membranas biológicas. Sin embargo, los investigadores están trabajando continuamente para mejorar aún más el método. En el futuro, el método también debería ser aplicable a proteínas integrales de membrana y debería permitir la detección de proteínas aún más pequeñas.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Max-Planck-Gesellschaft. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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