Un complejo proteína-ligando es un complejo de una proteína unida a un ligando [2] que se forma tras el reconocimiento molecular entre proteínas que interactúan entre sí o con varias otras moléculas . La formación de un complejo proteína-ligando se basa en el reconocimiento molecular entre macromoléculas biológicas y ligandos, donde ligando significa cualquier molécula que se une a la proteína con alta afinidad y especificidad. El reconocimiento molecular no es un proceso en sí mismo, ya que es parte de un mecanismo funcionalmente importante que involucra los elementos esenciales de la vida como la autorreplicación , el metabolismo yprocesamiento de información . Por ejemplo, la replicación del ADN depende del reconocimiento y la unión de la doble hélice del ADN por la helicasa , el ADN monocatenario por la ADN polimerasa y los segmentos de ADN por la ligasa . El reconocimiento molecular depende de la afinidad y la especificidad . Especificidad significa que las proteínas distinguen al socio de unión altamente específico de los socios menos específicos y la afinidad permite que el socio específico con alta afinidad permanezca unido incluso si hay altas concentraciones de socios menos específicos con menor afinidad. [3]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/7/7b/W741L_AR_LBD-R-bicalutamide_complex.png/300px-W741L_AR_LBD-R-bicalutamide_complex.png)
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/b/be/Membrane_Receptors.svg/400px-Membrane_Receptors.svg.png)
Interacciones
El complejo proteína-ligando es una interacción no covalente reversible entre dos (macro) moléculas biológicas. En las interacciones no covalentes no se comparten electrones como en las interacciones o enlaces covalentes. Unión no covalente puede depender de enlaces de hidrógeno , fuerzas hidrófobas , fuerzas de van der Waals , interacciones pi-π , interacciones electrostáticas en el que no hay electrones se comparten entre los dos o más implicadas moléculas. [4] Las moléculas (proteína y ligando) se reconocen entre sí también por estereoespecificidad, es decir, por la forma de las dos moléculas. Debido a esta propiedad discriminativa real, si no 'cognitiva', Werner Loewenstein usa el término 'demonio cognitivo' o demonio molecular refiriéndose al demonio de Maxwell , el famoso experimento mental. De hecho, las proteínas que forman complejos pueden elegir un sustrato entre una miríada de moléculas diferentes. [5] Jacques Monod atribuyó un desempeño o función teleonómica a estos complejos biológicos. La teleonomía implica la idea de una actividad orientada, coherente y constructiva. Por lo tanto, las proteínas deben considerarse agentes moleculares esenciales en el desempeño teleonómico de todos los seres vivos. [6]
Afinidad
La mayor afinidad posible de una proteína hacia el ligando, o molécula diana, se puede observar cuando la proteína tiene una imagen especular perfecta de la forma de la superficie diana junto con una distribución de carga que complementa perfectamente la superficie diana. [7] La afinidad entre la proteína y el ligando viene dada por la constante de disociación de equilibrio K d o la inversa de la constante de asociación 1 / K a (o constante de unión 1 / K b) que relaciona las concentraciones de las especies complejadas y no complejadas en solución. .
La constante de disociación se define como
K d =
donde [L], [P] y [LP] representan concentraciones molares de la proteína, ligando y complejo, respectivamente.
Cuanto menor sea el valor de K d , mayor será la afinidad de la proteína por el ligando y viceversa. El valor de K d es equivalente a la concentración del ligando a la que la mitad de las proteínas contienen ligando unido. [3] [8] La afinidad también está influenciada por las propiedades de la solución, como el pH , la temperatura y la concentración de sal, que pueden afectar el estado estable de las proteínas y ligandos y, por lo tanto, también su interacción y por la presencia de otras macromoléculas que causan apiñamiento macromolecular . [9]
Funciones
Los complejos de proteína-ligando se pueden encontrar en casi cualquier proceso celular. La unión de un ligando provoca un cambio conformacional en la proteína y, a menudo, también en el ligando. Este cambio inicia una secuencia de eventos que conducen a diferentes funciones celulares. Los complejos están formados por diferentes moléculas como macromoléculas como en complejos de proteínas, ADN de proteínas o complejos de ARN de proteínas , así como por proteínas que se unen a moléculas más pequeñas como péptidos , lípidos , carbohidratos , ácidos nucleicos pequeños . Pueden tener varias funciones dentro de la célula: catálisis de reacciones químicas ( enzima -sustrato), defensa del organismo a través del sistema inmunológico ( complejos anticuerpos antígeno ), transducción de señales (complejos receptor-ligando) que consiste en un receptor transmembrana que al unirse el ligando activa una cascada intracelular. Los complejos de receptores hormonales lipofílicos pueden atravesar la membrana nuclear donde se puede regular la transcripción. [8]
Ejemplo
El complejo proteína-ligando es esencial en muchos de los procesos celulares que ocurren dentro de los organismos. Uno de estos ejemplos es el receptor de glucagón (GCGR). El receptor de glucagón (GCGR) es una familia de receptores acoplados a proteína G ( GPCR ) en humanos que desempeña un papel importante en el mantenimiento de la concentración de glucosa en la sangre durante períodos de estado de baja energía. La unión del glucagón a GPCR provoca un cambio conformacional en el dominio intracelular, lo que permite la interacción con la proteína Gs heterotrimérica . La subunidad alfa de la proteína Gs libera el GDP unido y se une al GTP . El complejo subunidad alfa-GTP se disocia del dímero beta y gamma e interactúa con la adenilato ciclasa . La unión de la molécula de glucagón activa muchas de las subunidades alfa, lo que amplifica la señal hormonal. Luego, la subunidad alfa activa la adenilato ciclasa, que convierte ATP en cAMP . La subunidad alfa se desactiva en cuestión de minutos hidrolizando GTP a GDP ( actividad de GTPasa ). La subunidad alfa se vuelve a asociar con el dímero beta-gamma para formar un complejo inactivo. Una mejor comprensión de los mecanismos del complejo proteína-ligando puede permitirnos el tratamiento de algunas enfermedades como la diabetes tipo 2 . [10] Los inhibidores del receptor de glucagón son prometedores para el tratamiento de la diabetes tipo 2. [11] Los inhibidores de los receptores de glucagón son neutralizadores de glucagón o antagonistas moleculares pequeños, y todos se basan en el concepto de interacción del complejo proteína-ligando. [11]
Ver también
- Constante de disociación
- Ligando (bioquímica)
- Receptor (bioquímica)
Referencias
- ^ Bohl CE, Gao W, Miller DD, Bell CE, Dalton JT (abril de 2005). "Base estructural para el antagonismo y resistencia de bicalutamida en cáncer de próstata" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 102 (17): 6201–6. Código Bibliográfico : 2005PNAS..102.6201B . doi : 10.1073 / pnas.0500381102 . PMC 1087923 . PMID 15833816 .
- ^ Diseño de fármacos basado en fragmentos: herramientas, enfoques prácticos y ejemplos . Prensa académica. 28 de febrero de 2011. págs. 265–. ISBN 978-0-12-381275-9.
- ^ a b Du X, Li Y, Xia YL, Ai SM, Liang J, Sang P, Ji XL, Liu SQ (enero de 2016). "Información sobre las interacciones proteína-ligando: mecanismos, modelos y métodos" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 17 (2): 144. doi : 10.3390 / ijms17020144 . PMC 4783878 . PMID 26821017 .
- ^ Bongrand P (1999). "Interacciones ligando-receptor". Informes sobre avances en física . 62 (6): 921–968. arXiv : 0809.1926 . Código Bibliográfico : 1999RPPh ... 62..921B . doi : 10.1088 / 0034-4885 / 62/6/202 . S2CID 41417093 .
- ^ R., Loewenstein, Werner (29 de enero de 2013). La física en mente: una visión cuántica del cerebro . Nueva York. ISBN 9780465029846. OCLC 778420640 .
- ^ Monod J (1970). Le hasard et la nécessité. Essai sur la philosophie naturelle de la biologie moderne [ Ensayo de azar y necesidad sobre la filosofía natural de la biología moderna ] (en francés). Le Seuil.
- ^ Eaton BE, Gold L, Zichi DA (octubre de 1995). "Seamos específicos: la relación entre especificidad y afinidad" . Química y Biología . 2 (10): 633–8. doi : 10.1016 / 1074-5521 (95) 90023-3 . PMID 9383468 .
- ^ a b Lodish H (1996). Biología celular molecular . Libros Scientific American. págs. 854–918.
- ^ Zhou HX, Rivas G, Minton AP (2008). "Apiñamiento y confinamiento macromolecular: consecuencias bioquímicas, biofísicas y fisiológicas potenciales" . Revisión anual de biofísica . 37 : 375–97. doi : 10.1146 / annurev.biophys.37.032807.125817 . PMC 2826134 . PMID 18573087 .
- ^ Janah, Lina; Kjeldsen, Sasha; Galsgaard, Katrine D .; Winther-Sørensen, Marie; Stojanovska, Elena; Pedersen, Jens; Knop, Filip K .; Holst, Jens J .; Wewer Albrechtsen, Nicolai J. (5 de julio de 2019). "Señalización del receptor de glucagón y resistencia al glucagón" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 20 (13): 3314. doi : 10.3390 / ijms20133314 . ISSN 1422-0067 . PMC 6651628 . PMID 31284506 .
- ^ a b Baig, MH; Ahmad, K .; Hasan, Q .; Khan, MKA; Rao, NS; Kamal, MA; Choi, I. (2015). "Interacción del receptor acoplado de proteína G de glucagón con compuestos antidiabéticos naturales conocidos: Enfoque de puntuación múltiple en silico" . Medicina alternativa y complementaria basada en evidencias . 2015 : 497253. doi : 10.1155 / 2015/497253 . ISSN 1741-427X . PMC 4508340 . PMID 26236379 .