Las chaperonas químicas son una clase de moléculas pequeñas que funcionan para mejorar el plegamiento y/o la estabilidad de las proteínas. Las chaperonas químicas son un grupo amplio y diverso de moléculas, y pueden influir en la estabilidad de las proteínas y la organización de los polipéptidos a través de una variedad de mecanismos. Las chaperonas químicas se utilizan para una variedad de aplicaciones, desde la producción de proteínas recombinantes hasta el tratamiento del plegamiento incorrecto de proteínas in vivo .
Hay muchas moléculas pequeñas diferentes que pueden funcionar para mejorar la estabilidad y el plegamiento de las proteínas, muchas de ellas se pueden agrupar ampliamente en grandes clases según su estructura y su mecanismo de acción propuesto. Los parámetros que definen estos grupos no están estrictamente definidos, y muchas moléculas pequeñas que ejercen un efecto de acompañamiento químico no entran fácilmente en una de estas categorías. Por ejemplo, el aminoácido libre arginina no se define clásicamente como una chaperona química, pero tiene un efecto antiagregación bien documentado. [1]
Los osmolitos celulares son pequeñas moléculas polares que las células sintetizan o absorben para mantener la integridad de los componentes celulares durante períodos de estrés osmótico u otras formas de estrés. [1] Los osmolitos tienen una estructura química diversa e incluyen polioles, azúcares, metilaminas y aminoácidos libres y sus derivados. Ejemplos de estos incluyen glicerol , trehalosa , n-óxido de trimetilamina (TMAO) y glicina . [2] A pesar de ser más activos en concentraciones relativamente altas, los osmolitos no muestran ningún efecto sobre los procesos celulares normales; por esta razón, también se les conoce comúnmente como "solutos compatibles". [1] Los osmolitos ejercen sus efectos acompañantes indirectamente al cambiar la interacción de la proteína con el solvente, en lugar de a través de una interacción directa con la proteína. Las interacciones desfavorables entre proteínas y osmolitos aumentan la solvatación de la proteína con agua. Este aumento de la hidratación favorece conformaciones polipeptídicas más compactas, en las que los residuos hidrófobos están secuestrados con más fuerza del disolvente polar. Por lo tanto, se cree que los osmolitos funcionan estructurando intermedios parcialmente plegados y estabilizando termodinámicamente las conformaciones plegadas en mayor medida que las conformaciones desplegadas. [2]
Los compuestos químicos que tienen diversos grados de hidrofobicidad y que aún son solubles en ambientes acuosos también pueden actuar como chaperonas químicas. Se cree que estos compuestos actúan uniéndose a segmentos hidrófobos expuestos a solventes de proteínas desplegadas o plegadas incorrectamente, y así las “protegen” de la agregación. El 4-fenilbutirato (PBA) es un ejemplo destacado de este grupo de compuestos, junto con los ácidos lisofosfatídicos y otros lípidos y detergentes. [3]
Otra clase de chaperonas se compone de ligandos de proteínas, cofactores, inhibidores competitivos y otras moléculas pequeñas que se unen específicamente a ciertas proteínas. Debido a que estas moléculas son activas solo en una proteína específica, se las denomina chaperonas farmacológicas. Estas moléculas pueden inducir estabilidad en una región específica de una proteína a través de interacciones de unión favorables, que reducen la flexibilidad conformacional inherente de la cadena polipeptídica. [2] Otra propiedad importante de las chaperonas farmacológicas es que pueden unirse a la proteína desplegada o mal plegada y luego disociarse una vez que la proteína está correctamente plegada, dejando una proteína funcional. [1]
Además de las aplicaciones clínicas, las chaperonas químicas han resultado útiles en la producción in vitro de proteínas recombinantes.