Desajuste hidrofóbico
El desajuste hidrofóbico es la diferencia entre el grosor de las regiones hidrofóbicas de una proteína transmembrana y la membrana biológica que abarca. [1] Para evitar la exposición desfavorable de las superficies hidrófobas al agua, se espera que las regiones hidrófobas de las proteínas transmembrana tengan aproximadamente el mismo grosor que la región hidrófoba (cadena de lípidos acilo) de la bicapa lipídica circundante . Sin embargo, la misma proteína de membrana se puede encontrar en bicapas de diferente espesor. [2]En las células eucariotas, la membrana plasmática es más gruesa que las membranas del retículo endoplásmico. Sin embargo, todas las proteínas que abundan en la membrana plasmática se integran inicialmente en el retículo endoplásmico tras la síntesis en los ribosomas. [3] Los péptidos o proteínas transmembrana y los lípidos circundantes pueden adaptarse al desajuste hidrofóbico por diferentes medios.
Para evitar una exposición desfavorable de las superficies hidrófobas a un entorno hidrófilo, la membrana biológica tiende a adaptarse a tal desajuste. Por ejemplo, una proteína de membrana integral tiende a rodearse de lípidos del mismo tamaño y forma debido a la segregación de proteínas y lípidos . [4] Dado que las proteínas son relativamente rígidas, mientras que las cadenas de hidrocarburos de lípidos son flexibles, la condición de emparejamiento hidrofóbico puede cumplirse estirando, aplastando y / o inclinando las cadenas de lípidos [5] [6] [7]
Desde que Mouritsen y Bloom [8] propusieron el modelo termodinámico detallado, que incluye la adaptación de los lípidos y la inducción de la segregación de proteínas en un desajuste más extremo en su “modelo de colchón”, se ha obtenido más información adicional sobre la agregación de proteínas inducida por desajustes. [9] También se encontraron algunas pruebas experimentales de que un desajuste hidrofóbico puede conducir a la agregación de proteínas en la bicapa fluida. [10] [11] [12]Los estudios de microscopía electrónica sobre bacteriorrodopsina, reconstituida en bicapas de PC líquidas saturadas e insaturadas con longitud de cadena variable, mostraron que la agregación de proteínas se produjo solo con un desajuste bastante grande, y que espesores de bicapa de 4 angstrom más gruesos y 10 angstrom más delgados que el espesor hidrofóbico estimado del se permiten proteínas sin inducción de agregación significativa. [13]
La inclinación también es un resultado posible si la parte hidrófoba de un péptido o proteína es demasiado larga para atravesar la membrana. Un estudio anterior sobre la lactosa permeasa de E. coli mostró que tras la reconstitución de la proteína en la bicapa lipídica de PE / PG (3/1), se produce un aumento en la inclinación de la hélice al aumentar el contenido de proteína. [14]Esta inclinación fue acompañada por una disminución en el orden de los lípidos, lo que da como resultado una disminución en el grosor de la bicapa, lo que sugiere que se trata de una respuesta relacionada con el desajuste. En proteínas grandes que atraviesan la membrana varias veces, pueden ocurrir cambios en la inclinación helicoidal con poco efecto sobre el empaquetamiento de lípidos. Sin embargo, para una única hélice transmembrana, es posible que una inclinación provoque una tensión en los lípidos circundantes para acomodar la hélice en la bicapa. Por tanto, un alto grado de inclinación puede ser una opción menos favorable para proteínas transmembrana individuales.
Es posible que los péptidos hidrófobos relativamente pequeños no puedan integrarse en la membrana y, en respuesta, adopten una orientación en la superficie de la membrana. La evidencia experimental fue demostrada por un estudio de fluorescencia en un péptido artificial con una secuencia hidrofóbica de 19 aminoácidos de longitud principalmente de leucinas y flanqueado en ambos lados con lisinas como residuos de anclaje. [15] Los resultados indicaron que podría inducirse una conversión de una transmembrana dominante a una orientación paralela del péptido modulando el grosor de la bicapa mediante la adición de colesterol o aumentando la longitud de la cadena lipídica.
Para obtener información detallada sobre las consecuencias del desajuste para la conformación de péptidos y proteínas en la bicapa lipídica, los péptidos pequeños que atraviesan la membrana son los más adecuados. Todavía necesito algunos estudios.
