Glóbulo fundido

Estado de proteína parcialmente plegada

En biología molecular , el término glóbulo fundido ( MG ) se refiere a estados proteicos que son más o menos compactos (de ahí el nombre de "glóbulo"), pero que carecen del empaquetamiento específico de residuos de aminoácidos que crea la estructura terciaria similar al estado sólido de las proteínas completamente plegadas (de ahí el nombre de "fundido").

El plegamiento de proteínas se lleva a cabo mediante una interacción dinámica de interacciones secundarias y terciarias. Se han formulado dos modelos extremos de la vía de plegamiento. En el primero (el modelo de estructura), los elementos de estructura secundaria formados rápidamente se ensamblan en una estructura terciaria nativa. ^[1] En el segundo (el modelo de colapso hidrofóbico), la formación de una estructura terciaria poco compacta precede a la adquisición de la estructura secundaria. ^[2] Un mecanismo de nucleación-condensación que implica la formación concomitante de interacciones de corto y largo alcance combina características de ambos modelos extremos y, por lo tanto, representa un mecanismo unificador del plegamiento de proteínas. ^[3]

Durante el plegamiento, las proteínas abarcan un continuo de conformadores que comienza en el estado desnaturalizado y termina en el estado nativo. Aunque a menudo se considera una espiral aleatoria estadística, el estado desnaturalizado puede retener una estructura residual que media el (re)plegamiento. ^[4] Por ejemplo, la nucleasa estafilocócica retiene una topología similar a la nativa en urea 8M, ^[5] mientras que la lisozima no nativa contiene grupos hidrofóbicos que se mantienen unidos por interacciones de largo alcance. ^[6] Al ajustar rápidamente las condiciones experimentales para favorecer la formación de la estructura nativa, se han observado intermediarios de plegamiento de proteínas relativamente compactos. ^[7] Estos intermediarios cinéticos (glóbulos fundidos acuñados ^[8] ) exhiben una estructura secundaria similar a la nativa y una estructura terciaria fluctuante.

También se puede acceder al estado de glóbulo fundido de forma termodinámica en condiciones de desnaturalización leve. Se ha encontrado, por ejemplo, en el citocromo c , que conserva un contenido de estructura secundaria similar al nativo pero sin el interior proteico fuertemente empaquetado, en condiciones de pH bajo y alta concentración de sal . Para el citocromo c y algunas otras proteínas, se ha demostrado que el estado de glóbulo fundido es un " estado termodinámico " claramente diferente tanto del estado nativo como del desnaturalizado , lo que demuestra por primera vez la existencia de un tercer estado de equilibrio (es decir, intermedio).

El término "glóbulo fundido" puede usarse para describir varios tipos de estados proteicos parcialmente plegados ^[9] que se encuentran en condiciones ligeramente desnaturalizantes, como pH bajo (generalmente pH = 2), desnaturalizante leve o temperatura alta . Los glóbulos fundidos están colapsados ​​y generalmente tienen una estructura secundaria similar a la nativa, pero una estructura terciaria dinámica como se ve por espectroscopia de dicroísmo circular ( CD ) de UV lejano y UV cercano , respectivamente. Estos rasgos son similares a los observados en los estados intermedios transitorios que se encuentran durante el plegamiento de ciertas proteínas, especialmente proteínas globulares que experimentan colapso hidrofóbico , y por lo tanto, el término "glóbulo fundido" también se usa para referirse a ciertos intermediarios de plegamiento de proteínas correspondientes a la región de estrechamiento del embudo de plegamiento con mayor energía que el estado nativo pero menor que el estado desnaturalizado. Se cree que los conjuntos de glóbulos fundidos muestreados durante el plegamiento y desplegamiento de proteínas son aproximadamente similares.

Se cree que la estructura MG carece del empaquetamiento compacto de cadenas laterales de aminoácidos que caracteriza el estado nativo ( ) de una proteína. La transición de un estado desnaturalizado ( ) a un glóbulo fundido puede ser un proceso de dos estados ${\displaystyle {\ce {N}}}$ ${\displaystyle {\ce {U}}}$

${\displaystyle {\ce {U <-> MG}}}$

O puede tratarse de una transición continua, sin cooperatividad y sin un aparente "cambio" de una forma a la otra. El plegamiento de algunas proteínas puede modelarse como un proceso cinético de tres estados:

${\displaystyle {\ce {U <-> MG <-> N}}}$

Una de las dificultades en el diseño de proteínas de novo es lograr el empaquetamiento de la cadena lateral necesario para crear un estado nativo estable en lugar de un conjunto de glóbulos fundidos. Dada una conformación de cadena principal deseada, el empaquetamiento de la cadena lateral se puede diseñar utilizando variaciones del algoritmo de eliminación de extremos muertos ; sin embargo, los intentos de diseñar proteínas de pliegues nuevos tienen dificultades utilizando este método debido a la ausencia de modelos de cadena principal plausibles.

Véase también

• Proteínas intrínsecamente desordenadas
• Embudo plegable
• Complejo difuso
• Colapso hidrofóbico
• Condensado biomolecular

Referencias

1. Kim, PS; Baldwin, RL (1990). "Intermediarios en las reacciones de plegamiento de proteínas pequeñas". Annu. Rev. Biochem . 59 : 631.
2. Dill, KA (1985). "Teoría del plegamiento y estabilidad de las proteínas globulares". Bioquímica . 24 : 1501.
3. Daggett, V.; Fersht, AR (2003). "¿Existe un mecanismo unificador para el plegamiento de proteínas?". Trends Biochem. Sci . 28 : 18.
4. Dill, KA; Shortle, D. "Estados desnaturalizados de las proteínas". Annu. Rev. Biochem . 60 : 795.
5. Shortle, D.; Ackerman, MS (2001). "Persistencia de la topología nativa en una proteína desnaturalizada en urea 8M". Science . 293 : 487.
6. Klein-Seetharaman, J.; Oikawa, M.; Grimshaw, SB; Wirmer, J.; Duchard, E.; Ueda, T.; Imoto, T.; Smith, LJ; Dobson, CM; Schwalbe, H. (2002). "Interacciones de largo alcance dentro de una proteína no nativa". Science . 295 : 1719.
7. Cecconi, C.; Shank, EA; Bustamante, C.; Marqusee, S. (2005). "Observación directa del plegamiento en tres estados de una única molécula de proteína". Science (262): 892.
8. Ptitsyn, O. (1995). "Glóbulo fundido y plegamiento de proteínas". Adv. Protein Chem . 47 : 83.
9. Baldwin RL; Rose GD (2013). "Glóbulos fundidos, cambio conformacional impulsado por la entropía y plegamiento de proteínas". Curr Opin Struct Biol . 23 (1): 4–10. doi :10.1016/j.sbi.2012.11.004. PMID  23237704.

• Ohgushi M, Wada A (1983). "'Estado de glóbulo fundido': una forma compacta de proteínas globulares con cadenas laterales móviles". FEBS Lett . 164 (1): 21–24. doi : 10.1016/0014-5793(83)80010-6 . PMID  6317443. S2CID  41232316.
• Kuroda Y, Kidokoro S, Wada A (1992). "Caracterización termodinámica del citocromo c a pH bajo. Observación del estado de glóbulo fundido y del proceso de desnaturalización en frío". J Mol Biol . 223 (4): 1139–53. doi :10.1016/0022-2836(92)90265-l. PMID  1311387.
• Bieri O, Kiefhaber T (15 de diciembre de 2000). "Modelos cinéticos en el plegamiento de proteínas". En RH Pain (ed.). Mecanismos en el plegamiento de proteínas (2.ª ed.). Oxford, Reino Unido: Oxford University Press. ISBN 0-19-963788-1.
• Pande VS, Rokhsar DS (1998). "¿Es el glóbulo fundido una tercera fase de las proteínas?". Proc Natl Acad Sci USA . 95 (4): 1490–1494. doi : 10.1073/pnas.95.4.1490 . PMC  19058 . PMID  9465042.

Jaremko, M., Jaremko, L., Kim, H.-Y., Cho, M.-K., Schwieters, CD, Giller, K., Becker, S., Zweckstetter, M. (2013) Desnaturalización en frío de un dímero de proteína monitoreada con resolución atómica, Nat. Chem. Biol. 9, 264-270