Las proteínas son las nano-máquinas que utiliza la naturaleza para realizar la mayoría de los procesos críticos para el metabolismo de las células. Uno de los objetivos clave de las ciencias físicas y de la vida gira en torno a la comprensión de las propiedades estructurales y dinámicas de los nativos, transición, intermedio, y estados desnaturalizados de proteínas. La transición de desnaturalización, definida como la transición de proteínas desde su estado funcional nativo específico al estado inoperativo desplegado, es de particular interés. ya que está definiendo los límites de estabilidad y funcionalidad del diagrama de fase de las proteínas.

Los movimientos internos de escala de tiempo de subnanosegundos también son clave para el plegamiento de proteínas, sin estas proteínas ni siquiera podrían plegarse en su estructura nativa. Es más, son extremadamente sensibles a la cantidad y naturaleza del solvente que rodea la superficie de la proteína, es decir, tanto la amplitud como la velocidad de estas dinámicas pueden reducirse en gran medida cuando las proteínas se incrustan en matrices de azúcar y vidrio.

Aunque la ciencia sabe que estas rápidas fluctuaciones guían los cambios conformacionales de las proteínas, su papel en la estabilidad y el despliegue de las proteínas sigue siendo difícil de alcanzar.

Los resultados de un nuevo estudio realizado en el Institut Laue-Langevin (ILL), a través de una colaboración entre el Laboratoire de Biochimie Théorique (Francia) del CNRS, las universidades de Perugia, Pisa y Verona (Italia) y el CNR (Italia), dio una imagen renovada del criterio de Lindemann. Al realizar experimentos de dispersión de neutrones elásticos, los investigadores encontraron una escala común hacia un valor constante para las fluctuaciones locales de una proteína modelo en diferentes entornos, al acercarse a la temperatura de despliegue.

Usando los instrumentos de última generación en ILL, a saber, el espectrómetro de retrodispersión de amplio rango Q IN13, los investigadores llevaron a cabo experimentos de dispersión de neutrones incoherentes elásticos en la proteína lisozima, lisozima de clara de huevo de gallina (CEWL) en presencia de diferentes matrices perdeuradas (D20, glicerol, y glucosa). Esto les permitió estudiar la dinámica de la escala de tiempo de sub-nanosegundos de la proteína modelo en correspondencia con la transición de desarrollo.

Esta técnica experimental es muy sensible a los movimientos de los átomos de hidrógeno, y adecuado para explorar movimientos de proteínas en una escala de tiempo pico a nano. Proporciona mediciones cuantitativas precisas de la amplitud de los movimientos internos de las proteínas en términos de los desplazamientos cuadrados medios del hidrógeno (MSD).

Al combinar la dispersión de neutrones elástica incoherente y las simulaciones de dinámica molecular avanzada, ellos demostraron que, aunque diferentes disolventes modifican la temperatura de fusión de las proteínas, se logra un régimen dinámico único cuando se acerca al desdoblamiento térmico en todos los solventes probados.

Esto recuerda al famoso criterio de Lindemann introducido en 1910, donde F.A. Lindemann desarrolló un criterio práctico para predecir la temperatura de fusión de los cristales. Es más, la analogía entre la fusión de cristales inorgánicos y biomoléculas nativas sugiere que estos sistemas aparentemente muy diferentes pueden compartir el comportamiento en las correspondientes transiciones de fase.

La escala común para la proteína MSD en el punto de fusión no solo arroja luz sobre la relación entre la flexibilidad y la estabilidad de la proteína, pero también abre la posibilidad de predecir el desarrollo de proteínas en entornos especiales (por ejemplo, el interior de la célula) siguiendo térmicas, fluctuaciones locales.

El criterio que proponen también se puede aplicar para investigar el rango de temperatura donde prosperan los microorganismos, p. en condiciones extremas de temperatura y presión en las profundidades del mar o incluso en el espacio.

Esta investigación potencialmente sienta las bases para una comprensión más profunda del plegamiento y despliegue de proteínas, que son procesos cruciales en el metabolismo de las células, regulación de la actividad biológica y dirección de proteínas a diferentes localizaciones celulares.

Adicionalmente, Comprender las funciones de la dinámica de proteínas es clave para las industrias biotecnológica y farmacéutica. donde los principios terapéuticos basados ​​en proteínas valen aproximadamente $ 30 mil millones solo en el mercado estadounidense.