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Bioquímica
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La biología estructural es una rama de la biología molecular , la bioquímica y la biofísica que se ocupa de la estructura molecular de las macromoléculas biológicas (especialmente proteínas , compuestas por aminoácidos , ARN o ADN , compuestas por nucleótidos , y membranas , compuestas por lípidos ). adquieren las estructuras que tienen y cómo las alteraciones en sus estructuras afectan su función. [1] Este tema es de gran interés para los biólogos porque las macromoléculas llevan a cabo la mayoría de las funciones de las células., y es solo enrollando en formas tridimensionales específicas que pueden realizar estas funciones. Esta arquitectura, la " estructura terciaria " de las moléculas, depende de manera complicada de la composición básica o " estructura primaria " de cada molécula .

En los últimos años ha sido posible que modelos moleculares físicos de alta precisión complementen el estudio in silico de estructuras biológicas. Se pueden encontrar ejemplos de estos modelos en el Protein Data Bank .

Las técnicas computacionales como las simulaciones de dinámica molecular se pueden utilizar junto con estrategias de determinación de estructura empírica para ampliar y estudiar la estructura, conformación y función de las proteínas. [2]

Hemoglobina , la proteína transportadora de oxígeno que se encuentra en los glóbulos rojos.
Ejemplos de estructuras de proteínas del Protein Data Bank (PDB)

Historia [ editar ]

En 1912 Max Von Laue dirigió rayos X al sulfato de cobre cristalizado generando un patrón de difracción . [3] Estos experimentos llevaron al desarrollo de la Cristalografía de Rayos X y su uso en la exploración de estructuras biológicas. Los cristales de pepsina fueron las primeras proteínas que se cristalizaron para su uso en difracción de rayos X, por Theodore Svedberg . [4] La primera estructura de proteína terciaria , la de la mioglobina , fue publicada en 1958 por John Kendrew . [5] Durante este tiempo, el modelado de estructuras de proteínas se realizó utilizando madera de balsa o alambre.modelos. [6] Con la invención de software de modelado como CCP4 a fines de la década de 1970, [7] el modelado se realiza ahora con ayuda de computadora. Los desarrollos recientes en el campo han incluido la generación de láseres de rayos X de electrones libres , que permiten el análisis de estructuras previamente ocultas [8] y el uso de biología estructural para ayudar a la biología sintética [9].

Técnicas [ editar ]

Las biomoléculas son demasiado pequeñas para verlas en detalle incluso con los microscopios ópticos más avanzados . Los métodos que utilizan los biólogos estructurales para determinar sus estructuras generalmente implican mediciones en un gran número de moléculas idénticas al mismo tiempo. Estos métodos incluyen:

  • Espectrometría de masas
  • Cristalografía macromolecular
  • Difracción de neutrones
  • Proteólisis
  • Espectroscopia de proteínas por resonancia magnética nuclear (RMN)
  • Resonancia paramagnética de electrones (EPR)
  • Microscopía electrónica criogénica (cryoEM)
  • Electrón cristalografía y microcristalina difracción de electrones
  • Dispersión de luz multiangular
  • Dispersión de ángulo pequeño
  • Espectroscopia láser ultrarrápida
  • Interferometría de polarización dual y dicroísmo circular

La mayoría de las veces los investigadores los utilizan para estudiar los " estados nativos " de las macromoléculas. Pero las variaciones de estos métodos también se utilizan para observar cómo las moléculas nacientes o desnaturalizadas asumen o reasumen sus estados nativos. Ver plegamiento de proteínas .

Un tercer enfoque que adoptan los biólogos estructurales para comprender la estructura es la bioinformática para buscar patrones entre las diversas secuencias que dan lugar a formas particulares. Los investigadores a menudo pueden deducir aspectos de la estructura de las proteínas integrales de membrana basándose en la topología de la membrana predicha por el análisis de hidrofobicidad . Ver predicción de la estructura de la proteína .

Ver también [ editar ]

  • Estructura primaria
  • Estructura secundaria
  • Estructura terciaria
  • Estructura cuaternaria
  • Dominio estructural
  • Motivo estructural
  • Subunidad proteica
  • Modelo molecular
  • Cooperatividad
  • Chaperonina
  • Genómica estructural
  • Estereoquímica
  • Resolución (densidad de electrones)
  • Proteopedia La enciclopedia colaborativa en 3D de proteínas y otras moléculas .
  • Predicción de la estructura de proteínas

Referencias [ editar ]

  1. ^ Banaszak LJ (2000). Fundamentos de la biología estructural . Burlington: Elsevier. ISBN 9780080521848.
  2. ^ Karplus M, McCammon JA (septiembre de 2002). "Simulaciones de dinámica molecular de biomoléculas". Biología estructural de la naturaleza . 9 (9): 646–52. doi : 10.1038 / nsb0902-646 . PMID 12198485 . 
  3. ^ Curry S (julio de 2015). "Biología estructural: un viaje de un siglo en un mundo invisible" . Revisiones científicas interdisciplinarias . 40 (3): 308–328. doi : 10.1179 / 0308018815z.000000000120 . PMID 26740732 . 
  4. ^ Jaskolski M, Dauter Z, Wlodawer A (septiembre de 2014). "Una breve historia de la cristalografía macromolecular, ilustrada por un árbol genealógico y sus frutos Nobel" . La revista FEBS . 281 (18): 3985–4009. doi : 10.1111 / febs.12796 . PMC 6309182 . PMID 24698025 .  
  5. ^ Kendrew JC, Bodo G, Dintzis HM, Parrish RG, Wyckoff H, Phillips DC (marzo de 1958). "Un modelo tridimensional de la molécula de mioglobina obtenido por análisis de rayos X". Naturaleza . 181 (4610): 662–6. doi : 10.1038 / 181662a0 . PMID 13517261 . 
  6. ^ Garman EF (marzo de 2014). "Avances en la determinación de la estructura cristalográfica de rayos X de macromoléculas biológicas". Ciencia . 343 (6175): 1102–8. doi : 10.1126 / science.1247829 . PMID 24604194 . 
  7. ^ "Acerca de CCP4" . legacy.ccp4.ac.uk . Consultado el 2 de abril de 2021 .
  8. ^ Waldrop MM (enero de 2014). "Ciencia de los rayos X: los grandes cañones" . Naturaleza . 505 (7485): 604–6. doi : 10.1038 / 505604a . PMID 24476872 . 
  9. ^ Kiel C, Serrano L (noviembre de 2012). "Datos estructurales en enfoques de biología sintética para estudiar los principios generales de diseño de redes de señalización celular" . Estructura . 20 (11): 1806-13. doi : 10.1016 / j.str.2012.10.002 . PMID 23141693 . 

Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con la biología estructural en Wikimedia Commons
  • Sitio web de la revista Nature: Structural & Molecular Biology
  • Revista de biología estructural
  • Biología estructural: la biblioteca virtual de bioquímica, biología molecular y biología celular
  • Biología estructural en Europa