¿Cuáles son los obstáculos especiales para obtener una estructura de una proteína de membrana?

Sí. Hay tres razones principales por las cuales esto es así:

  1. Las proteínas de membrana son difíciles de expresar. Antes de comenzar la cristalización, debe tener suficiente proteína para comenzar el proceso. Como casi todas las proteínas son demasiado largas para fabricar sintéticamente y no se pueden aislar de fuentes naturales en cantidades suficientes, hay que engañar a otro organismo para que lo haga por usted (generalmente bacterias) en un proceso llamado expresión recombinante. Es difícil lograr que las bacterias expresen proteínas de membrana en grandes cantidades, ya que las partes hidrófobas de la proteína que se incrustan en la membrana tienden a agregarse y volverse irrecuperables cuando la densidad de la proteína expresada aumenta. *
  2. Las proteínas de membrana son difíciles de purificar en un estado activo. El resultado final de la expresión de proteínas de membrana es su proteína incrustada en la membrana bacteriana.
    Para cristalizar la proteína, necesitas sacar la proteína de esta membrana y ponerla en una forma que permita la formación de cristales tridimensionales mientras se preserva la estructura funcional de la proteína. Esto normalmente se hace con detergentes que disuelven la membrana y envuelven las partes de la proteína integradas en la membrana de esta manera:
    La mayoría de los detergentes destruirán la estructura funcional de la proteína, sin embargo. La cristalización de la proteína de la membrana requiere una larga búsqueda para encontrar un detergente específico y condiciones que permitan tanto el aislamiento como la conservación de la estructura funcional.
  3. Las proteínas de membrana son extremadamente difíciles de cristalizar. Incluso si se puede aislar una proteína de membrana en forma de detergente unido, casi siempre es muy difícil cristalizar. La formación de cristales requiere contactos extensos entre moléculas. Sin estos contactos para congelar el tambaleo natural y otros movimientos, la orientación de las moléculas de los átomos dentro de las proteínas se vuelve aleatoria y se vuelve imposible obtener un patrón de difracción de alta calidad. Los detergentes utilizados para la purificación normalmente se repelen entre sí y generalmente evitan los buenos contactos entre las proteínas. Por esta razón, muchas de las proteínas de membrana que se han cristalizado se han cocristalizado con anticuerpos que son capaces de proporcionar los contactos proteína-proteína necesarios para la cristalización.

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Es difícil determinar la estructura de la proteína de membrana principalmente porque la técnica de caballo de batalla para determinar las estructuras de proteínas (cristalografía de rayos X) requiere proteínas altamente purificadas en concentraciones sustanciales. La expresión recombinante de proteínas transmembrana es más difícil que para proteínas solubles. El trabajo de clonación y subclonación es fácil, pero en realidad obtener una expresión significativa de proteína es más difícil que para las proteínas solubles. Además, incluso si la expresión es exitosa, la proteína puede estar mal plegada, o degradada, etc. Incluso con una buena expresión, plegamiento y estabilidad, la purificación de las proteínas de la membrana es difícil. Debe solubilizar la proteína de membrana en una mezcla de tampón / detergente que pueda proporcionar a la proteína un comportamiento de purificación algo impredecible. Además, las proteínas de membrana se precipitan de la solución muy fácilmente, por lo que incluso si purifica con éxito una, si la mira mal, se precipitará. La cristalización tampoco es simple. Es difícil concentrar las proteínas de membrana a niveles que se cristalizan fácilmente, debido al problema de la precipitación. La presencia de detergente dificulta la formación de cristales, y si se forman cristales, entonces tienen una mayor probabilidad de ser mosaico o de calidad generalmente baja. Resolver la estructura es un poco más difícil porque las estrategias de reemplazo molecular no están disponibles, por lo que el cristalógrafo debe sumergir metales pesados ​​en el cristal, lo que hace que el derivado de selenometionina de la proteína se resuelva. problema.

Las proteínas de membrana hacen una bioquímica interesante. Además de su biología estructural, aprender cómo funcionan ciertas proteínas de membrana (es decir, enzimas de membrana) es un campo que tiene la oportunidad.

Sí, las proteínas de membrana son anfipólicas y difíciles de cristalizar. Para obtener una buena estructura, quiere un gran cristal de unidades repetitivas idénticas. Hay algunos enfoques que son prometedores con cryo-em.

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