¿Qué es la cristalografía de proteínas?

Sonia Ibáñez Muñoz

clip_image002[4]En nuestra vida diaria nos encontramos a menudo con gran cantidad de cristales. Los minerales, la sal, el azúcar, las pinturas de paredes, los helados, el chocolate e incluso los cosméticos están constituidos por cristales. Un cristal en una estructura en la cual los átomos se disponen de forma ordenada. Por ejemplo, la sal común, compuesta por sodio y cloro, se dispone de manera que todos sus átomos estén organizados en lo que se denomina red cristalina.

La ciencia que se dedica a intentar conocer cómo es la estructura de estos cristales se denomina cristalografía. Los cristalógrafos tratan de comprender la forma que adoptan diferentes tipos de moléculas, minerales,… y su función. Para ello, el requisito fundamental será obtener un cristal.

Las proteínas se consideran el motor de la vida, ya que están implicadas en todas las acciones celulares necesarias para la vida. Existen un total de 20 aminoácidos que son las unidades elementales que componen las proteínas. Debido a la multitud de combinaciones distintas que pueden formar estos aminoácidos, nos encontramos con que existen muchas proteínas diferentes. Gracias a esta gran variabilidad en su estructura son capaces de realizar funciones muy diversas. Son las encargadas de regular las hormonas en el organismo, de luchar contra agentes infecciosos, están involucradas en la división celular, transportan el oxígeno por la sangre para que llegue a todas las partes del cuerpo humano, son las responsables de que nuestros músculos se contraigan y un sinfín más de funciones.

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Conocer la forma que adopta una proteína nos ayuda a saber más acerca de su función y sus implicaciones en los mecanismos reguladores de la vida. Por ello se ha creado el proyecto proteoma humano, que pretende descifrar la estructura y el funcionamiento de cada una de las proteínas existentes. En la actualidad está descrita la estructura de 78628 proteínas, según datos del Protein Data Bank, que es la base mundial donde se registran las proteínas que han sido estudiadas.

En solución las proteínas presentan mucha movilidad, por ello se debe tratar de inmovilizarlas intentando que formen un cristal. Esto no siempre es tarea fácil. Lo primero que se necesita es que la proteína se encuentre aislada y libre de cualquier contaminante que pueda influir, lo que se consigue mediante diferentes técnicas de purificación. Una vez obtenida la proteína pura se necesitará que esté lo suficientemente concentrada como para poder cristalizar.

imageLos experimentos de cristalización se basan en intentar encontrar una condición en la que la proteína pueda cristalizar. Para ello existen diferentes métodos. Por ejemplo, el método de la gota colgante consiste en un pocillo donde estará el reservorio, que es la solución donde se intentará cristalizar la proteína. En un portaobjetos especialmente diseñado para ello, se pondrá una gota de nuestra muestra de proteína (en un volumen de microlitros) y se le añadirá una gota de esta solución del reservorio (ver imagen a la derecha). Posteriormente, este portaobjetos se pondrá encima del pocillo y se sellará pero sin que entre en contacto con el líquido contenido en el pocillo. Lo que ocurre dentro se denomina equilibrio de vapor que consiste en que ambas soluciones deben alcanzar la misma concentración final. Como la gota donde se encuentran reservorio y proteína está menos concentrada, comenzará a perder agua mediante una reacción química de evaporación que llevará esta agua hasta el pocillo, provocando que el reservorio esté más diluido y la gota más concentrada. Si las condiciones son favorables, resultará un cristal microscópico.

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Cuando los científicos obtienen un cristal de una calidad suficientemente buena, es decir, con un alto grado de ordenación de sus átomos, tendrán que usar un difractómetro de rayos X. Este aparato es un modelo adaptado similar a los que se usan en los hospitales para hacernos radiografías. De igual manera que en una radiografía podemos ver nuestro esqueleto, en un difractómetro de rayos X podemos ver el “esqueleto” de la proteína, es decir, cómo están distribuidos los átomos dentro del cristal. La imagen que nos muestra el difractómetro se denomina patrón de difracción. A partir de él, y mediante complicados programas informáticos, obtendrán finalmente la estructura tridimensional de la proteína.

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Pero aquí no acaba el trabajo de estos científicos ya que una vez obtenida la estructura deberán analizarla minuciosamente con el fin de obtener toda la información útil que sea posible: tipos de aminoácidos que la forman, tipos de enlaces, plegamiento,… llegando finalmente a exponer una teoría sobre su posible función.

Trabajar en un laboratorio de cristalografía de macromoléculas implica conocer numerosas técnicas diferentes y tener conocimientos tanto de química como de biología e incluso de física.

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La cristalografía tiene gran variedad de aplicaciones, no sólo en biología molecular, sino en informática, geología y quizá una de las más importantes sea en farmacología. Conociendo cómo son y cómo son comportan ciertas proteínas se pueden diseñar medicamentos que ayuden a activarlas, inactivarlas, mejorar su funcionamiento, etc.

A día de hoy, la cristalografía es una de las ramas científicas que más premios Nobel ha recibido. Un total de 26 premios han ido a parar a cristalógrafos o al descubrimiento de técnicas relacionadas con esta rama, como el descubrimiento de los rayos X.

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Bibliografía

4 Respuestas a "¿Qué es la cristalografía de proteínas?"

  1. Jaska   9 - marzo - 2012 at 16:38

    Hola Sonia, te has esplicasdo muy bien. Me alegro verte tan aplicada. Estoy segura que tu nota animara mas que uno a dedicarse a cristalografia o a estudio de structura de proteinas en general. Un abrazo Jaska

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  2. Pilar Redondo   13 - marzo - 2012 at 15:42

    Hola Sonia,
    Muy bien tu artículo… en palabras muy sencillas explicas toda la complejidad que lleva esta ciencia, o mejor, este arte. Lo que más me gusta es la poca bibliografía que has utilizado, esto indica que has escrito fundamentalmente desde tu experiencia. Sigue así. Saludos. Pilar

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  3. roman alejandro martino   4 - junio - 2013 at 22:18

    Cuanta proteína es necesaria para una cristalografía? Me encuentro produciendo proteína en celulas de infecto pero el rendimiento es bajo.

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