Nuevo método para estudiar metaloproteínas sensibles al oxígeno

Las metaloproteínas son proteínas especiales que contienen iones metálicos, los cuales les ayudan a realizar tareas esenciales en nuestros cuerpos y en el medio ambiente. Estas proteínas juegan un papel vital en varios procesos biológicos como el transporte de electrones en las mitocondrias, la fotosíntesis en las plantas y la fijación de nitrógeno en las bacterias. Entender cómo funcionan y cuáles son sus estructuras es crucial porque muchas de ellas son sensibles a la exposición al oxígeno. Cuando estas proteínas se exponen al oxígeno, su función puede cambiar o incluso dañarse.

#Desafíos con la Caracterización Estructural

Para estudiar las estructuras de las metaloproteínas sensibles al oxígeno, los científicos suelen usar una técnica llamada cristalografía de rayos X. Sin embargo, este método tiene limitaciones. Cuando estas proteínas se exponen al oxígeno durante el proceso de cristalización, puede dar lugar a resultados inexactos. Para evitar esto, los investigadores necesitan crear ambientes especiales para cultivar cristales sin oxígeno, lo que puede ser complejo y llevar mucho tiempo.

Recientes avances en la microscopía electrónica criogénica (CryoEM) muestran promesa como un método alternativo para estudiar estas proteínas sensibles. CryoEM permite a los científicos capturar imágenes de proteínas en sus estados naturales, incluso durante reacciones, sin necesidad de cristalización.

#El Papel de CryoEM

CryoEM ha ganado popularidad en la última década gracias a los avances tecnológicos en microscopios y técnicas de procesamiento de datos. Aunque ha mejorado significativamente, preparar muestras para cryoEM puede seguir siendo un desafío, especialmente para proteínas sensibles al oxígeno. Cuando estas proteínas se preparan para ser imagen, la exposición al oxígeno puede llevar a oxidación, pérdida de actividad y desnaturalización de la proteína.

Para ayudar a abordar estos desafíos, los investigadores han desarrollado nuevos flujos de trabajo para preparar estas muestras de manera que minimicen su exposición al oxígeno. Uno de estos métodos usa un dispositivo llamado SPT Labtech chameleon, que automatiza el proceso de preparación de rejillas para cryoEM mientras utiliza estrategias protectoras para proteger las muestras sensibles del oxígeno.

#Nuevo Flujo de Trabajo para la Preparación de Muestras (An)aeróbicas

El nuevo flujo de trabajo implica el uso del dispositivo SPT Labtech chameleon para preparar muestras de proteínas sensibles al oxígeno. Este proceso está diseñado para mantener condiciones anaeróbicas, lo que significa que las muestras están protegidas de la exposición al oxígeno durante la preparación y congelación.

En este flujo de trabajo, la muestra de proteína se coloca en una taza especial y se cubre con una capa protectora de aceite que evita que el oxígeno contamine la muestra. Luego, la taza se transfiere al dispositivo chameleon para la preparación de la rejilla. Al implementar esta capa de aceite protectora y controlar el ambiente durante la preparación de la muestra, los investigadores pueden obtener imágenes de cryoEM de alta calidad de proteínas sensibles al oxígeno.

#Demostrando el Flujo de Trabajo con Hemoglobina Humana

Para probar el nuevo flujo de trabajo, los científicos utilizaron hemoglobina humana (Hb) como sistema modelo. La hemoglobina es una proteína en los glóbulos rojos que transporta oxígeno por todo el cuerpo. Puede existir en diferentes formas, dependiendo de si está unida al oxígeno o no.

En el estudio, los investigadores prepararon varias muestras de hemoglobina con diferentes concentraciones de dithionito de sodio (NaDT), un químico que ayuda a mantener condiciones anaeróbicas. Al controlar cuidadosamente la concentración de NaDT y el tiempo que las muestras fueron expuestas al aire, pudieron determinar las estructuras de la hemoglobina en varios estados de oxidación usando cryoEM.

#Resultados de los Estudios de Hemoglobina

Los investigadores observaron que con bajas concentraciones de NaDT, las moléculas de hemoglobina estaban predominantemente unidas al oxígeno. En contraste, aumentar la concentración de NaDT llevó a estructuras más complejas, incluyendo formas parcialmente oxigenadas. Al final, en concentraciones muy altas de NaDT, pudieron preparar hemoglobina completamente desoxigenada, demostrando la eficacia de su flujo de trabajo en mantener condiciones anaeróbicas.

#Explorando la Proteína de Hierro Molybdeno

Después de usar con éxito el flujo de trabajo con hemoglobina, los investigadores dirigieron su atención a la proteína de hierro molibdeno (MoFeP), que juega un papel crucial en convertir nitrógeno atmosférico en amoníaco, un proceso clave en la agricultura y la naturaleza.

MoFeP es sensible al oxígeno, y los métodos tradicionales para preparar estas muestras pueden llevar a oxidación y pérdida de función. Usando el nuevo flujo de trabajo (an)aeróbico, los investigadores buscaron captar imágenes de alta resolución de MoFeP en su estado completamente reducido, libre de daños por oxígeno.

#Resultados con MoFeP

Cuando los investigadores prepararon rejillas de cryoEM de MoFeP reducido sin medidas de protección, encontraron evidencia de oxidación en la estructura de la proteína. Sin embargo, cuando emplearon el flujo de trabajo (an)aeróbico, pudieron captar una estructura bien preservada de MoFeP reducido, indicando el éxito de su método en prevenir la exposición al oxígeno durante la preparación.

#Importancia de los Hallazgos

El desarrollo de este nuevo flujo de trabajo tiene implicaciones significativas para el estudio de proteínas sensibles al oxígeno. Al permitir a los investigadores preparar muestras fuera de entornos anaeróbicos y aún mantener su función, este método abre nuevas oportunidades para investigar una amplia gama de metaloproteínas y sus roles en procesos biológicos.

#Conclusión

Los avances en las técnicas de cryoEM y el desarrollo de un método de preparación de muestras (an)aeróbico proporcionan una herramienta valiosa para los científicos que estudian metaloproteínas. Estos métodos ayudan a mejorar nuestra comprensión general de procesos biológicos importantes y pueden llevar a nuevos descubrimientos en varios campos, incluyendo medicina, agricultura y ciencia ambiental.

Con la investigación y mejoras continuas, la capacidad de visualizar y entender las estructuras de proteínas sensibles al oxígeno seguirá avanzando, enriqueciendo nuestro conocimiento sobre su función y relevancia en los organismos vivos.