Plegamiento de proteinas

E. Macromoléculas. Rev 23/09/2003

TEMA 7. PLEGAMIENTO DE PROTEINAS

La estructura tridimensional de las proteínas está implícita en su estructura primaria (su secuencia aminoácidica). Este hecho queda demostrado por el gran número de proteínas que pueden desnaturalizarse y después renaturalizarse in vitro sin la presencia de ningún cofactor o coayudante. Los recientes descubrimientos de laexistencia de numerosas proteínas que facilitan el plegamiento de las proteínas in vivo (rotamasas, disulfide-isomerases, chaperones) no cambian nada el “dogma” central del campo que es “que las proteínas contienen la información necesaria para replegarse”. Las proteínas facilitadoras del plegamiento lo que hacen es simplemente catalizar, hacer más rápido y eficiente el plegamiento, llevarlo haciasu final de manera más eficiente, al i) mejorar la cinética de la ruta productiva del plegamiento y ii) evitar la formación de estructuras no nativas (véase Science, 258, 466, 1992 y Folding and Design, 1,27, o el libro monográfico sobre el tema de Creighton (Protein Folding, Freeman NY, 1992)). El hecho de que las proteínas se pliegen solas de una manera tan fidedigna es una paradoja aún noresuelta, y formulada por primera vez por Levinthal. Esta paradoja se formula de la siguiente manera. Una cadena polipeptídica pequeña tiene 100 residuos, solo contando los ángulos φ y ψ y contando que cada 30 grados se tiene una conformación diferente tenemos para cada residuo tendremos 144 confórmeros y para la proteína en su conjunto un total de 12200 confórmeros distintos. Si suponemos (y es unasuposición muy favorable) que cada 10 fs podemos cambiar de uno a otro confórmero tendremos que para explorar todo el espacio conformacional la proteína necesitaría unos 10173 millones de años para plegarse. Un tiempo infinitamente superior a la edad del universo. En realidad el tiempo de plegamiento de una proteína oscila entre el microsegundo al minuto. Como toda paradoja ésta no tiene unasolución obvia, y durante muchos años ha existido un fuerte debate al respecto. A lo largo de este capítulo veremos algunas ideas de cómo pensamos hoy que que la proteína consigue resolverla.

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E. Macromoléculas. Rev 23/09/2003

MECANISMO GENERAL DE PLEGAMIENTO DE LAS PROTEINAS
FUERZAS QUE CONDICIONAN EL PLEGAMIENTO DE LAS PROTEINAS El plegamiento de una proteína debe conducir a un mínimo deenergía libre, es decir que la variación de energía libre a lo largo del plegamiento debe ser negativa: ∆Gfold) . Ignoramos si este mínimo es el más estable, o simplemente es uno muy estable al que se llega de manera sencilla en el proceso de plegamiento. La variación de energía libre en el proceso de plegamiento vendrá dada por el balance de dos términos: el entálpico y el entrópico. Elplegamiento debe por tanto intentar optimizar al máximo la energía del sistema (i.e. debe mejorar las interacciones del sistema proteína-solvente) y por otro lado debe hacer aumentar el desorden del universo. Empezaremos describiendo las interacciones que marcan la estabilidad de las proteínas: Interacciones de enlace La forma nativa de las proteínas presenta todas las distancias y casi todos los ángulospróximos a los valores de equilibrio. La gran mayoría de las torsiones están también en sus zonas estéricamente más favorecidas (e.j. mínimos mapa de Ramachandran). Respecto a los enlaces amida en general se encuentran en la conformación trans, con la excepción de las prolinas que a veces se encuentran en la conformación cis. Es de destacar que el cambio de prolinas de conformación cis a trans es muyimportante in vivo y que incluso existen enzimas dedicado a catalizar este proceso (las peptidyl-proline-isomerases o rotamases). Unos enlaces covalentes que merecen especial atención son los puentes disulfuro. Estos puentes se forman entre 2 cisteinas cuyas cadenas laterales se encuentran próximas en el espacio. Los puentes disulfuros estabilizan en general la estructura de la proteína como...