Cristalizarea proteinelor

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Schiță de proteine
Această intrare pe tema proteinelor este doar o schiță .
Contribuiți la îmbunătățirea acestuia în conformitate cu convențiile Wikipedia . Urmați sfaturile de proiectare de referință .
Cristale de proteine ​​obținute în condiții de microgravitație
Cristale lizozimice

Cristalizarea proteinelor este procesul de formare a cristalelor proteice . În timp ce unele cristale de proteine ​​au fost observate în natură, cristalizarea proteinelor este utilizată în principal în scopuri științifice sau industriale, în special pentru studiul cu cristalografie cu raze X. [1] La fel ca multe alte tipuri de molecule, proteinele pot fi induse să formeze cristale atunci când soluția în care sunt dizolvate devine suprasaturată . În aceste condiții, moleculele proteice singure se pot împacheta într-un aranjament geometric regulat, care se repetă în cele trei dimensiuni spațiale, ținute împreună de interacțiuni non-covalente. Aceste cristale pot fi utilizate în biologia structurală pentru a studia structura moleculară a proteinei sau în diverse scopuri industriale și biotehnologice.

Proteinele sunt macromolecule biologice și funcționează într-un mediu apos, prin urmare cristalizarea proteinelor se efectuează în principal în soluție apoasă . Cristalizarea proteinelor a fost considerată în mod tradițional dificilă din cauza restricțiilor mediului apos, dificultății în obținerea probelor de proteine ​​de înaltă calitate, precum și sensibilității probelor de proteine ​​la temperatură, pH , rezistență ionică și alți factori. Proteinele variază foarte mult în ceea ce privește caracteristicile lor fizico-chimice și, prin urmare, cristalizarea unei anumite proteine ​​este dificil de prezis. Determinarea condițiilor adecvate de cristalizare pentru o anumită proteină necesită adesea testarea empirică a multor condiții înainte de a găsi condițiile corecte de cristalizare.

În natură, acest fenomen poate fi observat la calmarul licurici găsit în marea Japoniei. De fapt, în aceste moluște, unele celule concentrează cristale proteice în interiorul lor, generând fenomenul de bioluminescență.

Istorie

În 1926 James B. Sumner a izolat și cristalizat enzima urează și a dovedit că este o proteină. [2] [3] [4] În 1929 John H. Northrop a izolat și cristalizat enzima gastrică pepsină determinând natura proteică a acesteia și în 1938 a izolat și cristalizat primul bacteriofag care îl caracteriza ca nucleoproteină . Northrop a izolat și cristalizat și alte enzime, cum ar fi pepsinogenul (precursorul pepsinei), tripsina , chimotripsina și carboxipeptidaza . În 1934, John D. Bernal și elevul său Dorothy Hodgkin au descoperit că cristalele de proteine ​​înconjurate de lichiorul lor mamă oferă modele de difracție mai bune decât cristalele uscate. Folosind pepsina obțin primul model de difracție al unei proteine ​​globulare într-un mediu umed. Înainte de Bernal și Hodgkin, cristalografia cu proteine ​​fusese efectuată numai pe cristale uscate, cu rezultate inconsistente și nesigure. În 1958, John Kendrew, prin cristalografie cu raze X, determină pentru prima dată structura tridimensională a unei proteine, mioglobina . [5]

Principiile cristalizării proteinelor

Solubilitatea moleculelor de proteine ​​este supusă multor factori, în special interacțiunea cu alți compuși în soluție. Majoritatea proteinelor sunt solubile în condiții fiziologice, dar pe măsură ce crește concentrația substanțelor dizolvate, proteina devine mai puțin solubilă, rezultând cristalizarea sau precipitarea. Acest fenomen este cunoscut sub numele de sărare . Chiar și concentrații foarte scăzute de substanță dizolvată duc la o scădere a solubilității proteinelor, acest lucru se datorează faptului că proteinele necesită în continuare prezența unei concentrații date de substanțe dizolvate pentru a rămâne în soluție. Acest fenomen este cunoscut sub numele de sărare în . Majoritatea tehnicilor de cristalizare a proteinelor exploatează sărarea pentru a obține cristale proteice, deși unele aparate experimentale sunt capabile să producă cristale proteice prin exploatarea sărării în .

Scopul cristalizării este de a produce un cristal bine ordonat, lipsit de contaminanți și, în același timp, suficient de mare pentru a oferi un model de difracție atunci când este expus razelor X. Acest model de difracție poate fi apoi analizat pentru a determina structura terțiară a proteinei. .. Cristalizarea proteinelor este inerent dificilă din cauza fragilității cristalelor de proteine. Proteinele au suprafețe de formă neregulată, ceea ce duce la formarea unor canale mari în cadrul fiecărui cristal proteic. Prin urmare, legăturile necovalente care mențin rețeaua cristalină împreună trebuie adesea formate pe mai multe straturi de molecule de solvent.

Condițiile de cristalizare

Mulți factori afectează probabilitatea cristalizării unei probe de proteine. Unii dintre acești factori includ puritatea proteinelor, pH-ul, concentrația proteinelor, temperatura, precipitanții și aditivii. Cu cât soluția proteică este mai omogenă, cu atât este mai probabil să cristalizeze.

Metode de cristalizare a proteinelor

Trei metode utilizate pentru cristalizare. A: Picătură agățată . B: Picătură așezată . C: microdializă

Difuzia aburului

Difuzia vaporilor este metoda cea mai frecvent utilizată în cristalizarea proteinelor. În această metodă, o picătură care conține proteina purificată, tampon și precipitant, este lăsată să se echilibreze într-un recipient închis cu o soluție care conține tampon și precipitant în concentrații mai mari. Prin difuzia vaporilor picătura este concentrată și dacă se ajunge la suprasaturare, poate fi declanșată precipitarea sau cristalizarea proteinei. Această metodă este utilizată deoarece permite schimbarea treptată a concentrației de proteină și precipitant și acest lucru permite creșterea cristalelor relativ mari și bine ordonate.

Microdializă

Micro dializa utilizează o membrană semipermeabilă , care permite anumitor molecule sau ioni să o traverseze prin difuzie , în timp ce proteinele și polimerii mari nu o pot traversa. Prin stabilirea unui gradient de concentrație a solutului de-a lungul membranei și permițând sistemului să progreseze spre echilibru, sistemul se poate deplasa încet spre suprasaturare, unde se pot forma cristale de proteine. Microdializa poate produce cristale proteice prin exploatarea sărării , folosind concentrații mari de sare sau alți compuși permeabili care reduc solubilitatea proteinei.

Notă

  1. ^ Naomi E Chayen, Emmanuel Saridakis, Cristalizarea proteinelor: de la proteina purificată la cristalul de calitate a difracției , în Nature Methods , vol. 5, nr. 2, 2008, pp. 147–153, DOI : 10.1038 / nmeth.f.203 . Adus la 13 martie 2016 .
  2. ^ (EN) James B. Sumner, The Isolation and Crystallization of the Enzyme Urease Preliminary Paper in Journal of Biological Chemistry , voi. 69, nr. 2, 1 august 1926, pp. 435–441. Adus pe 12 martie 2016 .
  3. ^ (EN) James B. Sumner, note. Recristalizarea ureazei , în Journal of Biological Chemistry , vol. 70, nr. 1, 1 septembrie 1926, pp. 97-98. Adus pe 12 martie 2016 .
  4. ^ (RO) James B. Sumner și David B. Hand, Crystalline Urease. Ii , în Revista de chimie biologică , vol. 76, nr. 1, 1 ianuarie 1928, pp. 149–162. Adus pe 12 martie 2016 .
  5. ^ JC Kendrew, G. Bodo, HM Dintzis, RG Parrish, H. Wyckoff, DC Phillips, Un model tridimensional al moleculei de mioglobină obținută prin analiza cu raze X , în Nature , vol. 181, nr. 4610, 1958, pp. 662–666, DOI : 10.1038 / 181662a0 . Adus la 13 martie 2016 .

Alte proiecte

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Cristalizare_de_proteine&oldid=91860201 ”