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Cambio conformacional

Los cambios conformacionales pueden provocar el movimiento de un complejo proteico . La kinesina que camina sobre un microtúbulo es una máquina biológica molecular que utiliza la dinámica de dominios proteicos a escala nanométrica.

En bioquímica , un cambio conformacional es un cambio en la forma de una macromolécula , a menudo inducido por factores ambientales.

Una macromolécula suele ser flexible y dinámica. Su forma puede cambiar en respuesta a cambios en su entorno u otros factores; cada forma posible se denomina conformación y una transición entre ellas se denomina cambio conformacional . Los factores que pueden inducir dichos cambios incluyen la temperatura, el pH , el voltaje , la luz en los cromóforos , la concentración de iones , la fosforilación o la unión de un ligando . Las transiciones entre estos estados ocurren en una variedad de escalas de longitud (décimas de Å a nm) y escalas de tiempo (ns a s), y se han relacionado con fenómenos funcionalmente relevantes como la señalización alostérica [1] y la catálisis enzimática . [2]

Análisis de laboratorio

Muchas técnicas biofísicas, como la cristalografía , la RMN , la resonancia paramagnética electrónica (EPR) con técnicas de marcaje de espín , el dicroísmo circular (CD) , el intercambio de hidrógeno y la FRET, se pueden utilizar para estudiar el cambio conformacional macromolecular. La interferometría de polarización dual es una técnica de sobremesa capaz de proporcionar información sobre los cambios conformacionales en biomoléculas. [3]

Recientemente se ha aplicado una técnica óptica no lineal específica denominada generación de segundo armónico (SHG) al estudio del cambio conformacional en proteínas. [4] En este método, se coloca una sonda activa de segundo armónico en un sitio que experimenta movimiento en la proteína por mutagénesis o unión no específica de sitio, y la proteína se adsorbe o se inmoviliza específicamente en una superficie. Un cambio en la conformación de la proteína produce un cambio en la orientación neta del colorante en relación con el plano de la superficie y, por lo tanto, en la intensidad del haz del segundo armónico. En una muestra de proteína con una orientación bien definida, el ángulo de inclinación de la sonda se puede determinar cuantitativamente, en el espacio real y en tiempo real. Los aminoácidos no naturales activos de segundo armónico también se pueden utilizar como sondas. [ cita requerida ]

Otro método aplica biosuperficies electroconmutables , en las que las proteínas se colocan sobre moléculas cortas de ADN que luego se arrastran a través de una solución tampón mediante la aplicación de potenciales eléctricos alternos. Al medir su velocidad, que en última instancia depende de su fricción hidrodinámica, se pueden visualizar los cambios conformacionales. [ cita requerida ]

Las "nanoantenas" hechas de ADN –un nuevo tipo de antena óptica a escala nanométrica– se pueden unir a las proteínas y producir una señal a través de fluorescencia para sus distintos cambios conformacionales. [5] [6]

Análisis computacional

La cristalografía de rayos X puede proporcionar información sobre los cambios en la conformación a nivel atómico, pero el costo y la dificultad de tales experimentos hacen que los métodos computacionales sean una alternativa atractiva. [7] El análisis de modo normal con modelos de red elástica, como el modelo de red gaussiana , se puede utilizar para investigar trayectorias de dinámica molecular, así como estructuras conocidas. [8] [9] ProDy es una herramienta popular para dicho análisis. [10]

Ejemplos

Los cambios conformacionales son importantes para:

Véase también

Referencias

  1. ^ Bu Z, Callaway DJ (2011). "¡Las proteínas se mueven! Dinámica proteica y alosterio de largo alcance en la señalización celular". Estructura proteica y enfermedades . Vol. 83. págs. 163–221. doi :10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7. ISBN . 9780123812629. Número de identificación personal  21570668. {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
  2. ^ Fraser JS, Clarkson MW, Degnan SC, Erion R, Kern D, Alber T (diciembre de 2009). "Estructuras alternativas ocultas de la prolina isomerasa esenciales para la catálisis". Nature . 462 (7273): 669–73. Bibcode :2009Natur.462..669F. doi :10.1038/nature08615. PMC 2805857 . PMID  19956261. 
  3. ^ Freeman NJ, Peel LL, Swann MJ, Cross GH, Reeves A, Brand S, Lu JR (19 de junio de 2004). "Estudios de alta resolución y en tiempo real de la adsorción y la estructura de proteínas en la interfaz sólido-líquido utilizando interferometría de polarización dual". Journal of Physics: Condensed Matter . 16 (26): S2493–S2496. Bibcode :2004JPCM...16S2493F. doi :10.1088/0953-8984/16/26/023. ISSN  0953-8984. S2CID  250737643.
  4. ^ Salafsky JS, Cohen B (noviembre de 2008). "Un aminoácido no natural activo en el segundo armónico como sonda estructural de biomoléculas en superficies". The Journal of Physical Chemistry B . 112 (47): 15103–7. doi :10.1021/jp803703m. PMID  18928314.
  5. ^ "Los químicos utilizan el ADN para construir la antena más pequeña del mundo". Universidad de Montreal . Consultado el 19 de enero de 2022 .
  6. ^ Harroun, Scott G.; Lauzon, Dominic; Ebert, Maximilian CCJC; Desrosiers, Arnaud; Wang, Xiaomeng; Vallée-Bélisle, Alexis (enero de 2022). "Monitoreo de cambios conformacionales de proteínas usando nanoantenas fluorescentes". Nature Methods . 19 (1): 71–80. doi : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN  1548-7105. PMID  34969985. S2CID  245593311.
  7. ^ Kim Y, Bigelow L, Borovilos M, Dementieva I, Duggan E, Eschenfeldt W, et al. (1 de enero de 2008). "Capítulo 3. Purificación de proteínas de alto rendimiento para cristalografía de rayos X y RMN". Avances en química de proteínas y biología estructural . 75 : 85–105. doi :10.1016/S0065-3233(07)75003-9. PMC 3366499. PMID  20731990 . 
  8. ^ Tang QY, Kaneko K (febrero de 2020). "Correlación de largo alcance en la dinámica de proteínas: confirmación mediante datos estructurales y análisis de modo normal". PLOS Computational Biology . 16 (2): e1007670. Bibcode :2020PLSCB..16E7670T. doi : 10.1371/journal.pcbi.1007670 . PMC 7043781 . PMID  32053592. 
  9. ^ Zheng W, Doniach S (noviembre de 2003). "Un estudio comparativo de los movimientos de las proteínas motoras mediante el uso de un modelo de red elástica simple". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (23): 13253–8. Bibcode :2003PNAS..10013253Z. doi : 10.1073/pnas.2235686100 . PMC 263771 . PMID  14585932. 
  10. ^ Bakan A, Meireles LM, Bahar I (junio de 2011). "ProDy: dinámica de proteínas inferida a partir de la teoría y los experimentos". Bioinformática . 27 (11): 1575–7. doi :10.1093/bioinformatics/btr168. PMC 3102222 . PMID  21471012. 
  11. ^ Ponte-Sucre A, ed. (2009). Transportadores ABC en microorganismos . Académico Caister. ISBN 978-1-904455-49-3.
  12. ^ Kamerlin SC, Warshel A (mayo de 2010). "En los albores del siglo XXI: ¿es la dinámica el eslabón perdido para comprender la catálisis enzimática?". Proteins . 78 (6): 1339–75. doi :10.1002/prot.22654. PMC 2841229 . PMID  20099310. 
  13. ^ Howard J (2001). Mecánica de las proteínas motoras y el citoesqueleto (1.ª ed.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 9780878933334.
  14. ^ Callaway DJ, Matsui T, Weiss T, Stingaciu LR, Stanley CB, Heller WT, Bu Z (abril de 2017). "La activación controlable de la dinámica a nanoescala en una proteína desordenada altera la cinética de unión". Revista de biología molecular . 429 (7): 987–998. doi :10.1016/j.jmb.2017.03.003. PMC 5399307 . PMID  28285124. 
  15. ^ Hille B (2001) [1984]. Canales iónicos de membranas excitables (3.ª ed.). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates, Inc., pág. 5. ISBN 978-0-87893-321-1.
  16. ^ Nicholl ID, Matsui T, Weiss TM, Stanley CB, Heller WT, Martel A, et al. (agosto de 2018). "Estructura de la α-catenina y dinámica a nanoescala en solución y en complejo con F-actina". Revista biofísica . 115 (4): 642–654. Bibcode :2018BpJ...115..642N. doi :10.1016/j.bpj.2018.07.005. hdl :2436/621755. PMC 6104293 . PMID  30037495. 
  17. ^ Donald V (2011). Bioquímica . Voet, Judith G. (4.ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. ISBN 9780470570951.OCLC 690489261  .
  18. ^ Páginas de Biología de Kimball Archivado el 25 de enero de 2009 en Wayback Machine , Membranas celulares
  19. ^ Singleton P (1999). Bacterias en biología, biotecnología y medicina (5.ª ed.). Nueva York: Wiley. ISBN 978-0-471-98880-9.

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