Nuovo programma di installazione consente EPR studi su piccoli cristalli di proteine

0
4

Fonte: © Jason W Sidabras et al/AAAS

L’avanzata EPR è stato in grado di rivelare nuove informazioni su [FeFe]-idrogenasi – un enzima di interesse nel settore della ricerca energetica, grazie alla sua capacità di produrre idrogeno

Una risonanza paramagnetica elettronica (EPR) metodo che funziona con nanolitre volume cristalli potrebbe tirarne fuori di nuove informazioni su enzimi, senza la necessità di grandi e difficili da coltivare cristalli. La tecnica, che si basa su una speciale risonatore geometria, può essere utilizzato per eseguire esperimenti EPR molto piccoli cristalli di proteine come quelli comunemente utilizzati per la cristallografia a raggi x. Il nuovo programma di installazione consente di studi dettagliati su molto di più proteine di quanto non fosse possibile in precedenza.

Molti importanti processi biochimici possono essere studiati utilizzando EPR. La tecnica è particolarmente utile per lo studio di reazioni enzimatiche, perché è in grado di fornire preziose informazioni sulla struttura elettronica del sito attivo. In un tipico esperimento EPR, blocco della soluzione della biomolecola è posto in un forno a microonde cavità – un tipo di risonatore – ma la quantità di informazioni ottenute in questo modo è limitato. Anche se un singolo cristallo EPR esperimenti che potrebbero fornire più dati, questo metodo è raramente applicata alla proteina sistemi a causa di sfide in crescita adatto cristalli. Molti dei campioni utilizzati in cristallografia a raggi x sono di dimensioni 0.05–0.3 mm range, ma di cristalli di dimensioni troppo piccole per essere studiato utilizzando commerciale EPR spettrometri.

I ricercatori in Germania hanno trovato un modo per aumentare la sensibilità di EPR esperimenti di un fattore fino a 28 sostituendo nella cavità del forno convenzionale impostazioni, con un auto-risonanza microhelix, che consiste in una piccola ferita molla di filo d’argento. ‘Si può pensare ad esso come un obiettivo per il flusso magnetico che è stato progettato per massimizzare il fattore di riempimento per i piccoli campioni”, dice Jason Sidabras presso l’Istituto Max Planck per la Chimica di Conversione di Energia. In un esperimento EPR, il campione interagisce con il flusso magnetico, e questo dà origine al segnale misurato dallo strumento. ‘Se il campione è troppo piccolo, abbiamo bisogno di un modo per concentrare il flusso magnetico su di esso. Il microhelix lo fa molto bene,’ Sidabras dice. “A causa della sua dimensione e la forma, ha un particolare risonanza elettromagnetica di frequenza. Si chiama “auto-risonanza”, perché la frequenza di risonanza arriva direttamente dalla geometria.’

Il team ha testato il nuovo metodo di piccoli cristalli di [FeFe]-idrogenasi – un enzima di interesse nel settore della ricerca energetica, perché catalizza la produzione di idrogeno da protoni ed elettroni. ‘Una caratteristica importante di questo sistema è il cosiddetto g-tensore,’ Sidabras dice. “Per la prima volta, abbiamo misurato la quantità in [FeFe]-idrogenasi. Ciò ha richiesto l’esecuzione di esperimenti con cristalli singoli di enzima. Precedenti studi hanno utilizzato molto di cristalli di grandi dimensioni – 1 mm o più – e lunghi tempi di misura. Con questa nuova impostazione, esperimenti che vorrebbero settimane possono ora essere eseguite in giorni”.

‘Questo è davvero un bel miglioramento tecnologico”, dice Stefan Stoll dell’Università di Washington, stati UNITI, che non era coinvolto nello studio. ‘Cristalli di proteine sono sempre molto piccole, e fino ad ora EPR non era abbastanza sensibile per ricevere segnali da cristalli di questo tipo. Ora, questo è possibile!’

Dimitri Svistunenko presso l’Università di Essex, regno UNITO, d’accordo. “Tale anticipo in metodologia è particolarmente interessante perché permette relative EPR dati per la x-cristallografia dati ottenuti sullo stesso lotto di microcristalli. Questo aiuta a capire come il lavoro degli enzimi, quando guardando da diverse prospettive,’ dice.

Riferimenti

J W Sidabras et al, Sci. Adv., 2019, 5, eaay1394 (DOI: 10.1126/sciadv.aay1394)