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La RMN en estado sólido ayuda a determinar en alta resolución la dinámica de las proteínas a una escala de tiempo de microsegundos

Un número cada vez mayor de técnicas para estudiar materiales sólidos mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) permite obtener información única sobre la estructura y la dinámica de moléculas biológicas. Empleando la RMN en estado sólido, un equipo de investigadores financiado por la Unión Europea llevó a cabo un estudio exhaustivo de proteínas embebidas en membranas biológicas que actúan como dianas farmacológicas de medicamentos modernos.
La RMN en estado sólido ayuda a determinar en alta resolución la dinámica de las proteínas a una escala de tiempo de microsegundos
La RMN en estado sólido proporciona información que no puede ser obtenida con ningún otro método, incluyendo la RMN en estado líquido. Este método detecta cambios sutiles en el comportamiento magnético de núcleos atómicos originados por interacciones con electrones y átomos circundantes. La mayoría de estas interacciones son anisotrópicas, es decir, que dependen de la orientación de las moléculas en relación con el campo magnético.

Los protones son uno de los elementos más abundantes en los organismos vivos, una característica que convierte a la espectroscopía de RMN de detección de 1H en una técnica muy útil en comparación con la RMN de detección de 15N o 13C. Sin embargo, las interacciones anisotrópicas dan lugar a una fuerte red de acoplamientos dipolares de protones que puede aumentar de forma significativa el ancho de línea de cualquier señal 1H. En estos casos, el empleo de un mayor giro alrededor del ángulo mágico (MAS) ha demostrado que puede hacer frente a esta limitación. Dependiendo del tipo de muestra, los acoplamientos dipolares 1H pueden ser del orden de aproximadamente 100 kHz. Frecuencias altas de MAS proporcionan señales 1H más definidas (10-20 kHz) y permiten el empleo de la transferencia de polarización empleando acoplamientos escalares.

Los investigadores del proyecto financiado por la Unión Europea SOLID_NMR_DYNAMICS (Development of solid state NMR methods at 100 kHz magic angle spinning frequency for the study of internal protein dynamics and the application to membrane proteins) emplearon la RMN en estado sólido para medir la relajación de 1H y 15N en un intervalo de tiempo de entre unos pocos nanosegundos y 50 μs. La determinación de la dispersión de relajación en este intervalo de tiempo no es posible con la RMN en estado líquido. Estas medidas son muy importantes, ya que permiten estudiar mejor las dinámicas del esqueleto proteico.

El equipo realizó una serie de experimentos para medir varias constantes de relajación de 15N y 1H en ubiquitina microcristalina marcada con [2H,15N,13C], donde solo el esqueleto del grupo amida estaba totalmente protonado. En este contexto, se excluyeron efectos coherentes como aquellos derivados de los acoplamientos dipolares 1H-1H y efectos de la temperatura. Gracias a este procedimiento, se determinó que la dependencia observada en las constantes de la tasa de relajación de 15N R1ρ a diferentes frecuencias de MAS pueden ser atribuidas a la dinámica de las proteínas.

Según el análisis, las dinámicas del esqueleto proteico se producían en un intervalo de tiempo muy pequeño de aproximadamente 1 μs. Además, se descubrió que las dinámicas de amplitud eran más pequeñas que las observadas en estudios previos de RMN en estado sólido.

Las actividades del proyecto ayudaron a resolver el debate sobre la presencia y la amplitud de las dinámicas del esqueleto proteico en el intervalo de tiempo nanómetros-microsegundos al demostrar experimentalmente en alta resolución las dinámicas de microsegundos en ubiquitina microcristalina.

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Palabras clave

RMN en estado sólido, dinámica de proteínas, microsegundo, giro alrededor del ángulo mágico, SOLID_NMR_DYNAMICS
Número de registro: 191160 / Última actualización el: 2017-02-21
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