Sulla difficolta’ di ricostruire la struttura delle proteine

Sulla difficolta’ di ricostruire la struttura delle proteine

Seeing Things in a Different Light: How X-ray crystallography revealed the structure of everything

Introduzione: In fin dei conti una proteina e’ solo una serie di aminoacidi disposti come perline in una collana. Ma questa collana deve disporsi nello spazio  in un modo ben preciso perche’ la proteina possa funzionare e la cristallografia a raggi X e’ l’unico “microscopio” trovato per scoprire come le proteine sono ripiegate.

Cose da fare: Si tratta di 2 video . Cliccare sulle due immagini sopra per farli partire.  Il primo  e’ una breve presentazione in inglese della struttura delle proteine .  Il secondo video sempre  in inglese e’ del biologo Stephen Curry che  spiega a un pubblico di non esperti come funziona la cristallografia a raggi X. Per aiutare a capire la presentazione trovate sotto una serie di immagini prese dal video , ognuna con un breve commento.

Cosa succede:

Roentgen e la prima radiografia

I raggi X furono scoperti da Roentgen e la prima radiografia fu quella della mano della signora Roentgen.

Un cristallo

Se un fascio di raggi X e’ lanciato su un cristallo come questo, su uno schermo si ottiene una figura caratteristica.

Figura di diffrazione di un cristallo

Si tratta di una figura di diffrazione prodotta dalla struttura regolare del cristallo che agisce sui raggi X come una normale fenditura agisce sulla luce visibile.

Legge di Bragg

Furono i  Bragg a scoprire la legge che regolava la formazione di queste figure.

Una delle prime immagini di diffrazione ottenute con un cristallo da Bragg

Questa e’ una delle prime immagini di diffrazione ottenuta con cristalli formati da molecole molto semplici.

Pattern di diffrazione studiato da Bragg

Ecco un’altra configurazione in un  disegno dello stesso Bragg che riusci’ ad associare a ogni punto un piano all’interno del cristallo.

Una molecola piu' complicata

Cosa succede se la molecola che forma il cristallo e’ complicata e contorta come quella di una proteina?

Molecola complessa colpita da raggi X

La singola molecola fa rimbalzare i raggi X in tutte le direzioni. I raggi sono piu’ o meno intensi a seconda del numero di elettroni incontrati.

Consideriamo i raggi diffusi in un'unica direzione ...

Ma possiamo considerare solo i raggi diffusi in un’unica direzione …

Diffusione di raggi X da parte di un'unica molecola

… sommarli e ottenere il contributo in quella direzione.

Diffusione da parte di una sola molecola

Possiamo infine sommare il contributo di tutte le direzioni ottenendo una distribuzione caratteristica. Da questa, per mezzo di un procedimento matematico detto trasformata di Fourier, e’ possibile ricostruire la densita’ degli elettroni e quindi la struttura della molecola.

Legge di Bragg applicata a un cristallo di molecole complesse

E’ impossibile studiare una singola molecola. Percio’ si cerca di formare dei cristalli per avere un segnale piu’ forte. La legge di Bragg e’ valida anche in questo caso.

Struttura di molecola complessa ricostruita con la cristallografia

Questo e’ un esempio di mappa di densita’ elettronica ricavata dalla figura di diffrazione di una molecola piu’ complessa.

struttura molecolare ottenuta con la cristallografia

E questa e’ la struttura della molecola.

Nel 1954 la vitamina B12 viene ricostruita.

Il metodo usato e’ complesso e laborioso. Solo nel 1954 si e’ riusciti a ricostruire la struttura della vitamina B12.

Figura di diffrazione di un cristallo di proteine

Le proteine non solo sono molto piu’ complesse ma sono anche piu’ difficili da cristallizare. Sopra si puo’ vedere una delle prime figure di diffrazione ottenute da una proteina nel 1938.

La prima proteina la cui struttura e' stata decifrata.

Ed ecco la prima proteina la cui struttura e’ stata decifrata grazie alla cristallografia a raggi X. Sotto si puo’ intravedere il modello originale fatto a mano e sostenuto da stecchi.

Struttura dell'emoglobina

Subito dopo fu decifrata anche l’emoglobina.  E il lavoro continua …

Commenti:

Altri applet di scienze biologiche

I materiali hanno come indirizzo

https://www.youtube.com/watch?v=yZ2aY5lxEGE
© http://askabiologist.asu.edu/

https://www.youtube.com/watch?v=gBxZVF3s4cU
Autore: Stephen Curry
© Royal Institution

Titoli in inglese: Protein Folding , Seeing Things in a Different Light: How X-ray crystallography revealed the structure of everything

Ricerca di pagine che hanno link a questo materiale .

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