Dinámica proteica
Generalmente se piensa que las proteínas adoptan estructuras únicas determinadas por sus secuencias de aminoácidos . Sin embargo, las proteínas no son objetos estrictamente estáticos, sino que pueblan conjuntos de conformaciones (a veces similares). Las transiciones entre estos estados ocurren en una variedad de escalas de longitud (décimas de Å a nm) y escalas de tiempo (ns a s), y se han relacionado con fenómenos funcionalmente relevantes como la señalización alostérica [1] y la catálisis enzimática. [2]
El estudio de la dinámica de las proteínas se ocupa más directamente de las transiciones entre estos estados, pero también puede involucrar la naturaleza y las poblaciones de equilibrio de los propios estados. Estas dos perspectivas, cinética y termodinámica , respectivamente, se pueden sintetizar conceptualmente en un paradigma de "paisaje energético": [3] los estados densamente poblados y la cinética de las transiciones entre ellos pueden describirse mediante la profundidad de los pozos de energía y las alturas de las barreras energéticas , respectivamente.
Algunas partes de las estructuras de las proteínas a menudo se desvían del estado de equilibrio. Algunas de estas excursiones son armónicas , como las fluctuaciones estocásticas de enlaces químicos y ángulos de enlace. Otros son anarmónicos , como las cadenas laterales que saltan entre mínimos de energía discretos separados o rotámeros . [4]
La evidencia de la flexibilidad local se obtiene a menudo de la espectroscopia de RMN . Las regiones flexibles y potencialmente desordenadas de una proteína se pueden detectar utilizando el índice de espiral aleatorio . La flexibilidad en las proteínas plegadas se puede identificar analizando la relajación de espín de los átomos individuales de la proteína. La flexibilidad también se puede observar en mapas de densidad electrónica de muy alta resolución producidos por cristalografía de rayos X , [5] particularmente cuando los datos de difracción se recolectan a temperatura ambiente en lugar de la temperatura criogénica tradicional (típicamente cerca de 100 K). [6]La información sobre la distribución de frecuencia y la dinámica de la flexibilidad de la proteína local se puede obtener usando espectroscopía Raman y óptica de efecto Kerr en el dominio de frecuencia de terahercios. [7]
Muchos residuos se encuentran en estrecha proximidad espacial en las estructuras de proteínas. Esto es cierto para la mayoría de los residuos que son contiguos en la secuencia primaria, pero también para muchos que son de secuencia distal pero que se ponen en contacto en la estructura plegada final. Debido a esta proximidad, los paisajes energéticos de estos residuos se acoplan en función de varios fenómenos biofísicos como los enlaces de hidrógeno , los enlaces iónicos y las interacciones de van der Waals (ver figura). Las transiciones entre estados para tales conjuntos de residuos, por lo tanto, se correlacionan. [8]
Esto es quizás más obvio para los bucles de superficie expuesta, que a menudo cambian colectivamente para adoptar diferentes conformaciones en diferentes estructuras cristalinas (ver figura). Sin embargo, la heterogeneidad conformacional acoplada también es a veces evidente en la estructura secundaria. [9] Por ejemplo, residuos consecutivos y residuos compensados por 4 en la secuencia primaria a menudo interactúan en hélices α . Además, los residuos desplazados por 2 en la secuencia primaria apuntan sus cadenas laterales hacia la misma cara de las hojas β y están lo suficientemente cerca para interactuar estéricamente, al igual que los residuos en las hebras adyacentes de la misma hoja β . Algunos de estos cambios conformacionales son inducidos por modificaciones postraduccionales en la estructura de la proteína, como la fosforilación y metilación.[9] [10]
