Arquitectura de proteínas IV

Después de analizar los aspectos de localización celular y composición química que influyen en la arquitectura de las proteínas debemos analizar la influencia del término termodinámico.

Una vez sintetizada en el ribosoma, cualquier proteína podrá ejercer su función biológica sólo si es capaz de adoptar una conformación definida, específica y relativamente estable (el estado nativo N), a partir de un conjunto de muchas conformaciones rápidamente interconvertibles que no presentan interacciones intramoleculares bien establecidas y que llamaremos estado desnaturalizado (U).

El plegamiento de una proteína es, en la mayoría de los casos, un proceso termodinámicamente controlado (aunque pueden existir trampas cinéticas), de modo que el estado nativo, biológicamente activo, suele ser (aunque no siempre) el de mínima energía libre en condiciones fisiológicas. El plegamiento (de U a N) por lo tanto tiene un incremento de la energía libre de Gibbs negativo, es un proceso espontáneo.

El estado plegado o nativo, N, de una proteína globular soluble típica se caracteriza por un elevado grado de compacidad, la existencia de un núcleo hidrofóbico y una superficie hidrofílica, y una conformación única bien definida (o conjunto de conformaciones muy similares entre sí), con interacciones entre sus residuos aminoacídicos. La reacción de plegamiento implica la adquisición de todas estas características a partir de las propias del estado desnaturalizado.

El estado desplegado, U, de una proteína corresponde al denominado ovillo estadístico (random coil). En este estado, las moléculas no presentan interacciones estables entre sus residuos aminoacídicos, y fluctúan entre diversas conformaciones posibles.

Vamos a estudiar unos por uno los términos que contribuyen a la variación negativa de la energía libre de Gibbs del paso de estado desplegado (U) a estado plegado (N).

ΔG (n-u)= ΔH (n-u) - T·ΔS(n-u)

ΔH proteína: en el estado nativo aumentan las interacciones entálpicas, favorece la forma plegada, luego este término favorece el estado N.

ΔS proteína: al pasar del estado U a N su grado de desorden disminuye, en el estado N hay sólo una conformación (o un conjunto minúsculo de conformaciones) mientras que en el estado U existen millones de conformaciones diferentes. Esto desfavorece el plegamiento, es decir favorece el equilibrio hacia la forma U.

ΔS agua: hay que tener en cuenta el efecto hidrofóbico, en el estado N las moléculas de agua están más desordenadas que en U. En N los grupos apolares de las proteínas se unen entre sí y se esconden del contacto con el agua, de forma que las moléculas adquieren más conformaciones, por lo tanto se favorece el estado N.

Por lo tanto para conseguir una proteína plegada ΔH proteína y ΔS agua tienen que vencer a ΔS proteína.