Las estructuras cristalinas de las moléculas de proteínas y ácidos nucleicos y sus complejos son fundamentales para la práctica de la mayoría de las partes de la biofísica y han dado forma a gran parte de lo que entendemos científicamente al nivel de detalle atómico de la biología. Su importancia es subrayada por las Naciones Unidas al declarar 2014 como el Año Internacional de la Cristalografía , como el centenario del premio Nobel de 1914 de Max von Laue por descubrir la difracción de rayos X por cristales. Esta lista cronológica de estructuras de ácidos nucleicos y proteínas biofísicamente notables se basa libremente en una revisión del Biophysical Journal . [1] La lista incluye la primera docena de estructuras distintas, aquellas que abrieron nuevos caminos en materia o método, y aquellas que se convirtieron en sistemas modelo para trabajar en futuras áreas de investigación biofísica.
Mioglobina
1960 - La mioglobina fue la primera estructura cristalina de alta resolución de una molécula de proteína. [2] La mioglobina alberga un grupo hemo que contiene hierro y que se une de manera reversible al oxígeno para su uso en la potencia de las fibras musculares , y esos primeros cristales eran de mioglobina del cachalote , cuyos músculos necesitan un abundante almacenamiento de oxígeno para las inmersiones profundas. La estructura tridimensional de la mioglobina está formada por 8 hélices alfa , y la estructura cristalina mostró que su conformación era derecha y coincidía muy estrechamente con la geometría propuesta por Linus Pauling , con 3.6 residuos por vuelta y enlaces de hidrógeno de la columna vertebral del péptido. NH de un residuo al péptido CO del residuo i + 4. La mioglobina es un sistema modelo para muchos tipos de estudios biofísicos, [3] que involucran especialmente el proceso de unión de pequeños ligandos como el oxígeno y el monóxido de carbono .
Hemoglobina
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/b/ba/Hemoglobin_t-r_state_ani.gif/220px-Hemoglobin_t-r_state_ani.gif)
1960 - La estructura cristalina de hemoglobina [4] mostró un tetrámero de dos tipos de cadenas relacionadas y se resolvió con una resolución mucho más baja que la mioglobina monomérica, pero claramente tenía la misma arquitectura básica de 8 hélices (ahora llamada "pliegue de globina"). Más estructuras cristalinas de hemoglobina a mayor resolución [PDB 1MHB, 1DHB) pronto mostraron el cambio acoplado de la conformación local y cuaternaria entre los estados oxi y desoxi de la hemoglobina, [5] lo que explica la cooperatividad de la unión del oxígeno en la sangre y el efecto alostérico de factores como pH y DPG . Durante décadas, la hemoglobina fue el principal ejemplo de enseñanza del concepto de alosterio, además de ser un foco intensivo de investigación y discusión sobre el alosterio. En 1909, se utilizaron cristales de hemoglobina de más de 100 especies para relacionar la taxonomía con las propiedades moleculares. [6] Ese libro fue citado por Perutz en el informe de 1938 [7] sobre cristales de hemoglobina de caballo que inició su larga saga para resolver la estructura cristalina. Los cristales de hemoglobina son pleocroicos - rojo oscuro en dos direcciones y rojo pálido en la tercera [6] - debido a la orientación de los hemes, y la banda de Soret brillante de los grupos de hemo porfirina se usa en el análisis espectroscópico de la unión del ligando de hemoglobina.
Lisozima de clara de huevo de gallina
1965 - Lisozima de clara de huevo de gallina (archivo PDB 1lyz). [8] fue la primera estructura cristalina de una enzima (escinde pequeños carbohidratos en azúcares simples), utilizada para los primeros estudios del mecanismo enzimático. [9] Contenía hoja beta (antiparalela) así como hélices, y también fue la primera estructura macromolecular en tener sus coordenadas atómicas refinadas (en el espacio real). [10] El material de partida para la preparación se puede comprar en la tienda de comestibles, y la lisozima de huevo de gallina cristaliza muy fácilmente en muchos grupos espaciales diferentes ; es el caso de prueba favorito para nuevos experimentos e instrumentos cristalográficos. Ejemplos recientes son los nanocristales de lisozima para la recolección de datos con láser de electrones libres [11] y los microcristales para la difracción de microelectrones. [12]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/b/b6/RibonucleaseA_SS_paleRib.png/180px-RibonucleaseA_SS_paleRib.png)
Ribonucleasa
1967 - La ribonucleasa A (archivo PDB 2RSA) [13] es una enzima de escisión de ARN estabilizada por 4 enlaces disulfuro. Se utilizó en la investigación fundamental de Anfinsen sobre el plegamiento de proteínas, lo que llevó al concepto de que la estructura tridimensional de una proteína estaba determinada por su secuencia de aminoácidos . La ribonucleasa S , la forma dividida de dos componentes estudiada por Fred Richards , también era enzimáticamente activa, tenía una estructura cristalina casi idéntica (archivo PDB 1RNS), [14] y se demostró que era catalíticamente activa incluso en el cristal, [15] ayudando a disipar dudas sobre la relevancia de las estructuras cristalinas de proteínas para la función biológica.
Serina proteasas
1967 - Las serina proteasas son un grupo históricamente muy importante de estructuras enzimáticas, porque colectivamente iluminaron el mecanismo catalítico (en su caso, mediante la "tríada catalítica" Ser-His-Asp), la base de las diferentes especificidades de sustrato y el mecanismo de activación. mediante el cual una escisión enzimática controlada entierra el nuevo extremo de la cadena para reorganizar adecuadamente el sitio activo. [16] Las primeras estructuras cristalinas incluyeron quimotripsina (archivo PDB 2CHA), [17] quimotripsinógeno (archivo PDB 1CHG), [18] tripsina (archivo PDB 1PTN), [19] y elastasa (archivo PDB 1EST). [20] También fueron las primeras estructuras de proteínas que mostraron dos dominios casi idénticos, presumiblemente relacionados por duplicación de genes . Una de las razones de su amplio uso como ejemplos de libros de texto y en el aula fue el sistema de numeración de códigos de inserción (odiado por todos los programadores de computadoras), que hizo que Ser195 y His57 fueran consistentes y memorables a pesar de las diferencias de secuencia específicas de proteínas.
Papaína
1968 - Papaína
Carboxipeptidasa
1969 - La carboxipeptidasa A es una metaloproteasa de zinc . Su estructura cristalina (archivo PDB 1CPA) [21] mostró la primera estructura beta paralela: una hoja central grande y retorcida de 8 hebras con el sitio activo Zn ubicado en el extremo C-terminal de las hebras medias y la hoja flanqueada por ambos lados con hélices alfa. Es una exopeptidasa que escinde péptidos o proteínas del extremo carboxi-terminal en lugar de hacerlo dentro de la secuencia. Más tarde, se resolvió una pequeña proteína inhibidora de la carboxipeptidasa (archivo PDB 4CPA) [22] que detiene mecánicamente la catálisis al presentar su extremo C-terminal sobresaliendo de entre un anillo de enlaces disulfuro con una estructura ajustada detrás de él, lo que evita que la enzima succione. en la cadena más allá del primer residuo.
Subtilisina
1969 - La subtilisina (archivo PDB 1sbt [23] ) era un segundo tipo de serina proteasa con un sitio activo casi idéntico al de la familia de enzimas tripsina, pero con un pliegue general completamente diferente. Esto dio la primera visión de la evolución convergente a nivel atómico. Más tarde, un estudio mutacional intensivo sobre la subtilisina documentó los efectos de los otros 19 aminoácidos en cada posición individual. [24]
Lactato deshidrogenasa
1970 - Lactato deshidrogenasa
Inhibidor de tripsina
1970 - El inhibidor básico de tripsina pancreática , o BPTI (archivo PDB 2pti [25] ), es una proteína pequeña y muy estable que ha sido un sistema modelo altamente productivo para el estudio de unión súper estrecha, formación de enlaces disulfuro (SS), plegamiento de proteínas , estabilidad molecular por mutaciones de aminoácidos o intercambio de hidrógeno-deuterio, y dinámica local rápida por RMN . Biológicamente, BPTI se une e inhibe la tripsina mientras se almacena en el páncreas , lo que permite la activación de la digestión de proteínas solo después de que la tripsina se libera en el estómago.
Rubredoxina
1970 - Rubredoxin (archivo PDB 2rxn [26] ) fue la primera estructura redox resuelta, una proteína minimalista con el hierro unido por 4 cadenas laterales Cys de 2 bucles en la parte superior de las horquillas β. Se difracta a 1,2 Å, lo que permite el primer refinamiento en el espacio recíproco de una proteína (4,5rxn [27] ). [NB: cuidado con 4rxn, ¡hecho sin restricciones de geometría!] Las rubredoxinas de Archaeal representan muchas de las estructuras pequeñas de mayor resolución en el PDB.
Insulina
1971 - La insulina (archivo PDB 1INS) [28] es una hormona fundamental para el metabolismo del almacenamiento de azúcar y grasa, e importante en enfermedades humanas como la obesidad y la diabetes . Es biofísicamente notable por su unión a Zn, su equilibrio entre los estados de monómero, dímero y hexámero, su capacidad para formar cristales in vivo y su síntesis como una forma "pro" más larga que luego se escinde para plegarse como el 2- activo. cadena, monómero unido a SS. La insulina fue un éxito del programa de crecimiento de cristales de la NASA en el transbordador espacial , produciendo preparaciones a granel de cristales diminutos muy uniformes para dosis controladas.
Nucleasa estafilocócica
1971 - Nucleasa estafilocócica
Citocromo C
1971 - Citocromo C
Lisozima del fago T4
1974 - Lisozima del fago T4
Inmunoglobulinas
1974 - Inmunoglobulinas
Superóxido dismutasa
1975 - Cu, Zn Superóxido dismutasa
Transferencia de ARN
1976 - Transferencia de ARN
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/9/99/TriosePhosphateIsomerase_Ribbon_pastel_photo_mat.png/220px-TriosePhosphateIsomerase_Ribbon_pastel_photo_mat.png)
Triosa fosfato isomerasa
1976 - Triosa fosfato isomerasa
Proteasas aspárticas similares a la pepsina
1976 - Rhizopuspepsin
1976 - Endotiapepsina
1976 - Penicillopepsina
Virus icosaédricos
1978 - Virus icosaédrico
1981 - Dickerson B-forma de ADN dodecámero
1981 - Crambin
1985 - Calmodulina
1985 - ADN polimerasa
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/e/ed/Photosynthetic_Reaction_Center_Drawing.png/150px-Photosynthetic_Reaction_Center_Drawing.png)
1985 - Centro de reacción fotosintética Pares de bacterioclorofilas (verdes) dentro de la membrana capturan la energía de la luz solar, luego viajan por muchos pasos para estar disponibles en los grupos hemo (rojo) en el módulo del citocromo-C en la parte superior. Esta fue la primera estructura cristalina resuelta para una proteína de membrana, un hito reconocido por un premio Nobel a Hartmut Michel, Hans Deisenhofer y Robert Huber.
Interacciones de ADN / represor
1986 - Interacciones entre el ADN y el represor
1987 Complejo mayor de histocompatibilidad '
1987 Ubiquitina
Proteína ROP 1987
Proteasa aspártica del VIH-1
Proteasa del VIH-1 de 1989
1990 Bacteriorrodopsina
1991 bobina en espiral GCN4
Transcriptasa inversa del VIH-1
1991 transcriptasa inversa del VIH-1
1993 Beta hélice de pectato liasa
1994 Colágeno
1994 Barnase / complejo barstar
1994 F1 ATPasa
1995 Proteínas G heterotriméricas
1996 Proteína verde fluorescente
1996 CDK / ciclina complejo
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/3/33/064-Kinesin-3kin-composite.png/80px-064-Kinesin-3kin-composite.png)
Kinesina
1996 - Proteína motora kinesina
1997 Chaperón de GroEL / ES
1997 Nucleosoma
1998 Intrón auto-empalmado del Grupo I
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/5/5e/073-Topoisomerases_Topo_I-1a36.png/140px-073-Topoisomerases_Topo_I-1a36.png)
ADN topoisomerasa
1998 - Las ADN topoisomerasas realizan el trabajo biológicamente importante y necesario de desenredar hebras de ADN o hélices que se entrelazan entre sí o se retuercen demasiado durante los procesos celulares normales, como la transcripción de información genética.
1998 Dímero de tubulina alfa / beta
1998 Canal de potasio
1998 cruce de Holliday
Ribosomas
2000 Los ribosomas son una parte central de la biología y la biofísica, que se hicieron accesibles estructuralmente por primera vez en 2000.
2000 AAA + ATPasa
2002 Ankyrin repite
2003 Diseño de proteínas TOP7
2004 Proteínas del reloj circadiano de cianobacterias
2004 Riboswitch
2006 Exosoma humano
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/e/ed/3sn6_G-coupled_ribbon.png/140px-3sn6_G-coupled_ribbon.png)
Receptor acoplado a proteína G
2007 receptor acoplado a proteína G
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/9/95/Half-vault_front.png/180px-Half-vault_front.png)
Partícula de bóveda
2009 La partícula Vault es un nuevo e intrigante descubrimiento de una gran partícula hueca común en las células, con varias sugerencias diferentes para su posible función biológica. Las estructuras cristalinas (archivos PDB 2zuo, 2zv4, 2zv5 [29] y 4hl8 [30] ) muestran que cada mitad de la bóveda está formada por 39 copias de una proteína larga de 12 dominios que se arremolinan para formar el recinto. El desorden en los extremos superior e inferior sugiere aberturas para un posible acceso al interior de la bóveda.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/d/d6/4fby_spline_het.png/140px-4fby_spline_het.png)
Cristalografía láser de electrones libres
- 2010 láser de electrones libres cristalografía
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