Interacciones y Unión Macromoleculares
La fisicoquímica de cómo las macromoléculas reconocen y se unen a sus parejas, estableciendo la afinidad y especificidad que subyacen a casi todos los procesos biológicos.
Definition
La unión macromolecular es la asociación reversible y no covalente de dos o más moléculas en un complejo, caracterizada termodinámicamente por una energía libre de unión y cinéticamente por velocidades de asociación y disociación.
Scope
Este tema abarca el equilibrio y la energética de la unión: cómo la constante de disociación relaciona la energía libre de unión con la ocupación, cómo la afinidad se divide en entalpía y entropía, y cómo la complementariedad de forma y química produce especificidad. Incluye la cooperatividad y la competencia a nivel conceptual y los observables experimentales de la unión, pero deja el mecanismo alostérico y el acoplamiento conformacional al tema vecino.
Core questions
- ¿Cómo relaciona la constante de disociación la energía libre de unión con la ocupación fraccional?
- ¿Qué equilibrio de entalpía y entropía determina la afinidad de unión?
- ¿Cómo crean la forma y la complementariedad química la especificidad de unión?
- ¿Cómo moldean la cooperatividad y la competencia las curvas de unión?
Key theories
- Unión en equilibrio y la constante de disociación
- En equilibrio, la fracción de sitios unidos sigue una curva de saturación (tipo Langmuir/Hill) establecida por la concentración del ligando en relación con la constante de disociación, que es a su vez el exponencial de la energía libre de unión.
- Partición entalpía-entropía de la afinidad
- La energía libre de unión combina un término entálpico de nuevos contactos y un término entrópico que incluye la pérdida de libertad traslacional y la liberación de solvente ordenado, por lo que la afinidad refleja una compensación entre estas contribuciones.
Mechanisms
Se forma una interfaz cuando superficies complementarias alinean donantes y aceptores de enlaces de hidrógeno, grupos cargados y parches no polares, mientras que el agua desplazada y reorganizada contribuye con un gran término de solvente. Las interacciones débiles sumadas establecen la constante de equilibrio; la especificidad surge porque un compañero no afín no puede satisfacer la misma complementariedad. Los sistemas cooperativos, en los que un evento de unión cambia la afinidad de otros, producen curvas de unión sigmoideas, y las afinidades resultantes se leen mediante calorimetría de titulación, ensayos cinéticos basados en superficie y titulaciones espectroscópicas.
Clinical relevance
La unión cuantitativa subyace a la acción de fármacos, anticuerpos y moléculas de señalización sobre sus dianas, por lo que los conceptos de afinidad y especificidad aquí son la base educativa para la farmacología molecular y el diseño de ensayos, no un consejo de dosificación clínica.
History
La descripción cuantitativa de la unión surgió de las primeras isotermas de adsorción y del análisis de Hill de la unión cooperativa de oxígeno a la hemoglobina, y se estableció sobre una base termodinámica sólida a medida que la bioquímica física desarrollaba métodos para medir directamente las energías libres de unión.
Key figures
- Linus Pauling
- Archibald Hill
- Irving Langmuir
Related topics
Seminal works
- phillips2012
- vanholde2006
Frequently asked questions
- ¿Qué indica una constante de disociación?
- Es la concentración de ligando a la cual la mitad de los sitios de unión están ocupados; una constante de disociación menor significa una unión más fuerte y corresponde a una energía libre de unión más favorable.
- ¿Por qué la unión puede ser entrópica favorable aunque dos moléculas se unan?
- Aunque los compañeros pierden cierta libertad, la unión a menudo libera agua ordenada de las superficies de contacto, y esa ganancia en la entropía del solvente puede superar la entropía perdida por las macromoléculas.