BioNOW! #2 – Atomic-resolution protein structure determination by cryo-EM

Por Nuno Oliveira em

BioNOW! #2 – Atomic-resolution protein structure determination by cryo-EM

E se pudéssemos ver os átomos que constituem as moléculas da vida? Um novo avanço na microscopia eletrónica permite isso mesmo, trazendo grandes promessas para a Biologia Estrutural. 

Há várias décadas que cientistas de diversas áreas se têm esforçado para compreender as estruturas moleculares das proteínas, dada a relação entre estas e as suas variadíssimas funções em todos os organismos vivos. No entanto, os métodos existentes para as descobrir possuem várias limitações – por exemplo, a técnica mais usada, cristalografia de raios-x, requer a criação prévia de um cristal da molécula (o que muitas vezes não é possível, criando uma barreira à obtenção de estruturas com resolução atómica dessas proteínas).

A criomicroscopia eletrónica de transmissão (Cryo-EM)  é uma técnica promissora, que permite resolver estruturas de proteínas aprisionadas em filmes de gelo amorfo, sem necessidade de cristalização, através do seu bombardeamento com um feixe de eletrões. Apesar de ter sido desenvolvida originalmente na década de 1970, pensava-se que a Cryo-EM só permitiria obter estruturas de baixa resolução, insuficientes para a compreensão da estrutura proteica. Nos últimos sete anos, porém, tem havido grandes melhoramentos tecnológicos e científicos, que permitiram aumentar grandemente a resolução desta técnica, para lá do que se julgava possível no início do milénio.

O avanço agora reportado independentemente por dois grupos de investigação foi a obtenção de estruturas moleculares com uma resolução inferior a 1,25 Å (ou 0,125 nanómetros). Este valor significa que é possível conhecer com exatidão a posição dos átomos individuais da proteína em estudo, incluindo átomos de hidrogénio. Para observar algo a uma escala tão pequena, os autores tiveram de obter centenas de milhares de imagens das proteínas em estudo, utilizando os equipamentos mais avançados disponíveis, utilizando depois as médias de todas as observações para obter resultados relevantes.

Figura 1 – Átomos individuais cuja posição foi mapeada por Cryo-EM. A imagem corresponde a uma região da proteína Apoferritina e tem uma resolução de 1,2 Å. Os dados de densidade eletrónica obtidos diretamente são representados pela grelha azul.

O cruzamento desta fronteira é o mais recente de inúmeros avanços recentes na microscopia eletrónica, que prometem revolucionar a Biologia Estrutural e permitir a compreensão do funcionamento de uma variedade de proteínas ainda mal compreendidas. É provável que, nos próximos anos, esta técnica permita responder a diversas questões biológicas, cuja resposta nos estava oculta pelo tamanho incompreensivelmente pequeno do átomo.

Sabe mais em:
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2829-0
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2833-4

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