La modificación química se refiere a una serie de procesos diferentes que implican la alteración de la constitución química o la estructura de las moléculas.
La modificación química es el cambio de la estructura y función biomolecular debido a la adición o eliminación de elementos modificadores. [1] Esto generalmente se logra a través de reacciones químicas o una serie de reacciones químicas que pueden ser reversibles o no. Las modificaciones químicas se pueden realizar en cualquiera de las cuatro macromoléculas principales (proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos); sin embargo, en este artículo nos centraremos en la modificación de proteínas. Las modificaciones químicas son importantes porque pueden mejorar la estabilidad de la molécula, lo que aumentaría la estabilidad de las biomoléculas y tendría un papel en permitir que el organismo enfrente mejor los estresores fisiológicos. [2] La modificación de proteínas también puede introducir la posibilidad de usarlas como medicamentos para el posible tratamiento de una amplia gama de enfermedades. Los modificadores químicos en compuestos que se pueden usar como medicamentos también se pueden utilizar para intentar aumentar la vida útil del producto o extender su función. [2]
La modificación química es otro método que permite introducir más variabilidad en el proteoma. [1] Las modificaciones químicas de las proteínas cambian constantemente debido a las necesidades fluctuantes del organismo. Las modificaciones químicas más comunes incluyen la fosforilación, la glicosilación, la ubiquitinación, la metilación, la lipidación y la proteólisis. [1] Aunque trataremos cada tipo de modificación química de forma individual, a menudo pueden funcionar en conjunto para modificar la proteína. Debido a la gran variedad de modificaciones posibles, el estudio de las modificaciones químicas sigue en curso.
La fosforilación ocurre cuando se añade un grupo PO3 (fosforilo) a una proteína. [ 3] Esta modificación química es la más estudiada y es reversible. El resultado de esos estudios ha demostrado que la fosforilación actúa como regulador de las proteínas de dos maneras: la adición o eliminación del grupo fosforilo puede afectar la cinética enzimática activando o desactivando la función enzimática a través de cambios conformacionales y la fosforilación de una proteína puede atraer a proteínas similares vecinas para que también se unan al motivo fosforilado e induzcan vías de transducción de señales. [1]
El mecanismo de fosforilación utiliza quinasas y fosfatasas, que son enzimas que se utilizan para transferir el grupo fosforilo hacia y desde la biomolécula objetivo. A menudo, las quinasas están acompañadas de ATP o GTP para ayudar a facilitar la transferencia del grupo fosforilo. [3] La fosforilación de una quinasa puede desencadenar una de dos vías de transducción de señales. Estas vías pueden ser lineales o en cascada. [4] Las vías de transducción de señales en cascada conducen a la fosforilación de muchos aminoácidos y utilizan segundos mensajeros para amplificar la señal y provocar una respuesta mayor. [4] Las fosfatasas pueden actuar como reguladores y editores de las vías de señalización celular formando interacciones proteína-proteína transitorias. [3]
Las quinasas están más asociadas con la activación de la actividad enzimática, y las fosfatasas están más asociadas con la desactivación de la actividad enzimática, también pueden realizar la función opuesta (las quinasas pueden desactivar la actividad enzimática y las fosfatasas pueden desactivar la actividad enzimática). Las quinasas y las fosfatasas también pueden tener otros sitios de unión que pueden unirse a otras proteínas de señalización. [5]
La fosforilación y desfosforilación de proteínas a través de la actividad de quinasas y fosfatasas juegan un papel importante en muchos procesos biológicos como la proliferación celular a través de la vía de señalización MAPK, PI3K, Akt, mTOR, PKA y PKC [6] Debido a que la sobreactivación de las quinasas está asociada con la progresión del cáncer, se han desarrollado medicamentos que actúan para inhibir la función de las quinasas como posibles tratamientos. [7]
Otra modificación química muy estudiada es la glicosilación, un proceso mediante el cual las moléculas de azúcar se unen a las proteínas. [1] La longitud del sacárido unido es variable y afecta la estructura, la actividad y la estabilidad de la proteína a la que está unido. [8] Muchas proteínas que están glicosiladas se encuentran a menudo en las superficies celulares y desempeñan un papel importante en la determinación del tipo de sangre.
La ubiquitina está formada por 76 aminoácidos que pueden existir por sí solos o unidos a una proteína. [9] Cuando la ubiquitina se une a una proteína (la cantidad de ubiquitina que se une a la proteína varía), puede funcionar para dirigir esa proteína hacia su degradación o desencadenar la activación de la quinasa. Hay tres enzimas que funcionan en la vía de la ubiquitinación: enzima activadora de ubiquitina (E1), enzima conjugadora de ubiquitina (E2) y ligasa de proteína ubiquitina (E3). [9] Generalmente, E1 activa la ubiquitina y la transfiere a E2. E3 transfiere la ubiquitina a la proteína objetivo. [10] Esta vía está estrechamente regulada y es muy específica. [10] La monoubiquitinación (una proteína ubiquitina) de una proteína no suele indicar la degradación de la proteína, sino que funciona principalmente para facilitar la regulación de las histonas, la endocitosis y la exportación nuclear. [9] La poliubiquitinación (múltiples proteínas ubiquitinas) de una proteína generalmente desencadena la degradación de la proteína, especialmente si están unidas a un residuo de lisina. [9] La función de degradación de la ubiquitina es la mejor comprendida, ya que se ha vinculado a la vía de señalización NF-𝜿B para desencadenar la inflamación. [9] También se la ha implicado en el cáncer y otras enfermedades.
La metilación es la transferencia de un grupo metilo (átomo de carbono que está unido a tres átomos de hidrógeno) a una proteína a través de enzimas llamadas metiltransferasas. [1] También la utilizan a menudo las proteínas histonas para permitir que ciertas regiones del genoma se enrollen y desenrollen y se vuelvan accesibles para la transcripción. [1]
La lipidación es el proceso de unión de lípidos a proteínas para etiquetarlas como proteínas unidas a la membrana. [1] Diferentes uniones de lípidos aumentan la afinidad de la proteína por diferentes tipos de membrana (membrana plasmática, membrana de orgánulos y vesículas). Hay cuatro tipos comunes de lipidación: anclajes GPI, miristoilación N-terminal, S-miristoilación y S-prenilación. [1]
La proteólisis es la vía que se utiliza para romper los enlaces peptídicos. A menudo, los enlaces peptídicos son estables en condiciones fisiológicas típicas y pueden necesitar enzimas llamadas proteasas para ayudar a romper los polipéptidos en componentes más pequeños. [11] Esto es especialmente importante durante la señalización celular, la eliminación de proteínas mal plegadas y la muerte celular programada (apoptosis). [12] En algunos casos, la proteólisis se puede utilizar para regular la actividad enzimática de los zimógenos (enzimas inactivas que requieren que se rompan algunos enlaces para activarse). [1] Hay cuatro tipos principales de proteasas: serina proteasas, cisteína proteasas, ácido aspártico proteasas y metaloproteasas de zinc. [1]
Los electrodos modificados químicamente son electrodos cuyas superficies se han transformado químicamente para cambiar las propiedades del electrodo, como sus características físicas , químicas , electroquímicas , ópticas , eléctricas y de transporte . Estos electrodos se utilizan para fines avanzados en investigación e investigación. [13]
En bioquímica , la modificación química es la técnica de hacer reaccionar anatómicamente una proteína o un ácido nucleico con uno o más reactivos. La obtención de información de laboratorio mediante la modificación química se puede utilizar para: