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El tránsito de proteínas a través de membranas celulares vivas

El comportamiento de las proteínas en células vivas no puede estudiarse mediante técnicas in vitro ya que estas no permiten replicar condiciones reales del entorno celular como la complejidad del citoplasma y la membrana celular. En este sentido, unos investigadores europeos lograron cuantificar la movilidad de proteínas en la bacteria Escherichia coli in vivo.
El tránsito de proteínas a través de membranas celulares vivas
La velocidad con la que se mueven las proteínas en una célula afecta en gran medida a sus funciones biológicas, por ejemplo, a su tasa de reacción. El proyecto D_IN_VIVO (A general law describing the diffusion of membrane proteins in vivo based on single molecule tracking of membrane proteins in Escherichia coli) diseñó y desarrolló métodos para cuantificar el efecto de la viscosidad de las membranas en el movimiento de las proteínas.

En primer lugar, los investigadores de D_IN_VIVO estudiaron la tasa de difusión de las proteínas, teniendo en cuenta el espacio que estas ocupan en la membrana celular. Sin embargo, al enterarse de que otro proyecto de investigación estaba trabajando en el mismo tema, el equipo de D_IN_VIVO decidió examinar el efecto de la viscosidad de la membrana en la tasa de movimiento de las proteínas, una característica nunca antes estudiada.

Al igual que en las investigaciones previas, el estudio de la tasa de difusión de las proteínas se basó en las predicciones del modelo Saffman-Delbrück (SD). Además, los métodos empleados implicaron competencias en técnicas de seguimiento de molécula única, programación y cómo generar y alinear haces de luz en equipos de microscopía.

El equipo de D_IN_VIVO empleó la proteína PamCherry en vez de la proteína mEos2 como marcador fluorescente para evitar el fenómeno de fluorescencia intermitente relacionado con esta última. Empleando rotores moleculares desarrollados en otro laboratorio del Imperial College de Londres, se cuantificó in vivo la viscosidad de membranas plasmáticas y esferoplastos de E. coli así como vesículas creadas a partir de extractos lipídicos de esta bacteria. En este contexto, se descubrió que la emisión de fluorescencia depende de la viscosidad en los rotores moleculares.

Los resultados de la investigación revelaron la existencia de una alta viscosidad, mayor que la observada en otras membranas celulares vivas (por ejemplo en eucariotas y células vegetativas de Bacillus), lo que sugiere un alto grado de ordenación lipídica dentro de la membrana en fase líquida. Estos valores de viscosidad coincidían con los obtenidos por el otro grupo empleando el modelo SD. Los resultados aparecieron publicados en un artículo de la revista científica Biophysical Journal.

La viscosidad es un parámetro muy importante dentro de la membrana plasmática responsable de la regulación de la tasa de difusión de moléculas y proteínas de pequeño tamaño. Las actividades del proyecto proporcionaron por tanto datos relevantes que podrían emplearse para estimar la velocidad de absorción farmacológica y las tasas de las reacciones intracelulares.

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Palabras clave

Proteína, membranas celulares vivas, difusión, D_IN_VIVO, viscosidad
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