Plegamiento de Proteínas
El plegamiento de proteínas es el proceso por el cual una cadena polipeptídica alcanza su estructura tridimensional funcional, gobernado por la termodinámica y asistido en la célula por chaperonas moleculares.
Definition
El plegamiento de proteínas es el proceso espontáneo o asistido por el cual un polipéptido no estructurado adopta su conformación nativa, biológicamente activa, determinada en gran medida por su secuencia de aminoácidos bajo condiciones fisiológicas.
Scope
Este tema cubre la base termodinámica del plegamiento, el contenido de información de la secuencia de aminoácidos, el enigma cinético de cómo ocurre el plegamiento rápidamente, la imagen del paisaje de energía (embudo), la desnaturalización y el replegamiento, y la maquinaria celular —chaperonas— que asiste el plegamiento. Trata el plegamiento como un problema físico-químico.
Core questions
- ¿La secuencia de aminoácidos por sí sola determina la estructura nativa?
- ¿Cómo puede una proteína plegarse rápidamente a pesar de un número astronómico de posibles conformaciones?
- ¿Qué fuerzas termodinámicas impulsan el plegamiento?
- ¿Qué sale mal cuando las proteínas se pliegan incorrectamente?
Key theories
- Hipótesis termodinámica de Anfinsen
- Anfinsen demostró que una proteína desnaturalizada puede replegarse a su estado nativo in vitro, concluyendo que la estructura nativa es la conformación termodinámicamente más estable codificada completamente por la secuencia de aminoácidos.
- Paradoja de Levinthal y el embudo de plegamiento
- Levinthal señaló que el muestreo aleatorio de todas las conformaciones tomaría más tiempo que la edad del universo, lo que implica que el plegamiento sigue vías definidas; la resolución moderna es un paisaje de energía en forma de embudo que guía la cadena hacia el estado nativo.
Mechanisms
El plegamiento es impulsado principalmente por el efecto hidrofóbico, que entierra las cadenas laterales no polares lejos del agua, con enlaces de hidrógeno, empaquetamiento de van der Waals e interacciones electrostáticas que proporcionan especificidad. En lugar de buscar todas las conformaciones, la cadena desciende por un paisaje de energía libre en forma de embudo hacia el mínimo nativo; en las células, las chaperonas como los sistemas Hsp70 y chaperonina previenen la agregación y asisten el plegamiento sin especificar la estructura final.
Clinical relevance
El problema del plegamiento y su contraparte de malplegamiento son fundamentales para la química de proteínas y para la predicción computacional de estructuras; el malplegamiento y la agregación ilustran por qué la fidelidad del plegamiento es importante. Este tratamiento es mecanicista y no prescriptivo.
History
Los experimentos de replegamiento de ribonucleasa de Anfinsen a principios de la década de 1960 establecieron la hipótesis termodinámica; Levinthal articuló la paradoja cinética en 1969; y la visión del paisaje de energía se desarrolló a lo largo de la década de 1990, reconciliando el plegamiento rápido con el vasto espacio conformacional.
Key figures
- Christian Anfinsen
- Cyrus Levinthal
- Ken Dill
- Peter Wolynes
Related topics
Seminal works
- anfinsen1973
- levinthal1969
- dill2012
Frequently asked questions
- ¿Qué es la desnaturalización de proteínas?
- La desnaturalización es la pérdida de la estructura plegada de una proteína —causada por calor, cambio de pH o agentes químicos— lo que generalmente anula su función; en algunos casos es reversible al restaurar las condiciones nativas.
- ¿Qué hacen las chaperonas?
- Las chaperonas moleculares se unen a cadenas parcialmente plegadas para prevenir el malplegamiento y la agregación, y proporcionan un entorno protegido para el plegamiento, sin dictar la estructura nativa final codificada por la secuencia.