Ensayo Fisicoquimica

ARTÍCULO:

“¿CUÁL ES EL PAPEL DE LA TERMODINÁMICA EN LA ESTABILIDAD DE PROTEÍNAS?”

MATERIA:

FISICOQUIMICA

17 de Septiembre del 2013

Importancia de la termodinámica en la estabilidad de proteínas

La termodinámica es una rama de la ciencia que trata de la afiliación entre el calor y el trabajo. El advenimiento de la termodinámica ayudó a comprender muchos sistemas, que a su vez tuvieron un gran impacto en la industria química ingeniería. Aspectos cinéticos y termodinámicos se convirtieron en principales criterios en el diseño de los reactores y de los medios y equipos de transferencia de calor. Recientes desarrollos en instrumentación y técnicas experimentales habían aumentado la aplicación de la termodinámica en diversos campos de la biotecnología (fig. 1).

Las proteínas, polímeros de diferentes aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, sirven muchas funciones fisiológicas importantes y tienen propiedades estructurales únicas de proteínas, especialmente la estabilidad y la forma de mejorar estas propiedades es de gran preocupación para los bioquímicos con el fin de estudiar los mecanismos importantes. El dogma central de la biología molecular es la síntesis de las proteínas a partir de ADN que muestra la relación entre el ADN y la síntesis de proteínas. En la última década, se han propuesto varias teorías sobre el origen del código genético, la síntesis de proteínas, la estabilidad y la replicación de los ácidos nucleicos [2-6].

También se ha informado de que los determinantes estructurales y termodinámicos de la interacción de ácidos nucleicos con proteínas ayudan a comprender el origen de código genético y la síntesis de proteínas.

Con el fin de comprender y obtener información precisa de la proteína plegado y desplegado, es necesario tener una clara comprensión de la termodinámica ya que las propiedades termodinámicas (entalpía, entropía y energía libre) son útiles para entender la estabilidad de la proteína.

Estabilidad de la proteína in vivo

Las proteínas son sintetizadas en los ribosomas dentro de las células en la forma de una cadena polipeptídica lineal. La información genética almacenada en el ADN se transcribe a ARN y traducido a la forma lineal (estructura primaria). La forma lineal se debe convertir en una estructura de 3 dimensiones estable. Un factor importante a tener en cuenta durante el plegamiento de proteínas es si el proceso está controlado termodinámicamente o cinética. Se ha informado de que la información requerida para el correcto plegamiento de la proteína está disponible en la cadena polipeptídica lineal [12-14]. Sin embargo, la formación de la estructura 3 - D de las proteínas puede verse afectada por errores de codificación (error en la síntesis de proteínas) y / o mal plegamiento (error en el plegamiento de proteínas) [12].

El descubrimiento de las chaperonas, una clase de proteínas que ayuda en el plegamiento correcto de proteínas in vivo tenía un impacto significativo en los conceptos existentes de plegamiento de proteínas. Se ha informado de que dos clases de chaperonas están involucradas en el plegamiento de proteínas. Chaperón Clase I se une a regiones hidrófobas, evitando de este modo la agregación y la molécula de proteína desplegada se transporta a diversos orgánulos. Dentro de la clase II orgánulos ayuda chaperona en el plegamiento correcto con la ayuda de diversos bonos [15-18]. También se ha indicado que las proteínas tienden a doblar incorrectamente cuando las células se someten a estrés, lo que desencadena la síntesis de las chaperonas [14]. Cierta secuencia peptídica específica en forma lineal es necesario para el plegamiento correcto y se llama " chaperones " intramoleculares que pueden ser escindidos por proteasas celulares y plegamiento adecuado se logra cuando se añaden estos péptidos.

Algunos chaperonas están involucradas en la formación de enlaces disulfuro que potencian la estabilidad de las proteínas. También se ha explicado que la gran capacidad de calor es negativa debido a la interacción hidrófoba.

El mal plegamiento y agregación de proteínas pueden iniciar la apoptosis mediante la inhibición de la proteasoma y la inducción de la vía dependiente de quinasa N-terminal [25].

¿Cómo las proteínas se pliegan en Estructuras tridimensionales estables?

Se han propuesto muchas teorías sobre el plegamiento de proteínas y la estabilidad sobre la base de estudios teóricos y experimentales. Es importante tener en cuenta que la cadena polipeptídica se pliega lineal a una estructura 3 - D estable en un tiempo muy corto. . Dado que el tiempo necesario para que el polipéptido para formar estructura estable que tiene mínimo de energía libre es muy corto, no es posible para la proteína que someterse a tantos cambios conformacionales dentro de un corto período de tiempo.

Wolynes y sus compañeros de trabajo propusieron la teoría embudo de plegado. Propusieron que la cadena polipeptídica se desplaza a través de un panorama energético complicado. Durante el proceso de navegación de la molécula de proteína explora diferentes configuraciones posibles. La anchura del embudo de plegado representa la entropía y la entalpía representa la profundidad. La anchura del embudo disminuye a medida que la molécula de proteína navega que indica la disminución de la entropía. La entropía es mínimo en la parte inferior del embudo reduciendo así el número de conformaciones. La tasa de plegado es proporcional a la pendiente del embudo de plegado. Los autores también señalaron que la compensación de la entropía por entalpía indica que las proteínas se comportan como fluidos en un momento crítico. Ahora es ampliamente aceptado que las estructuras 3 - dimensionales de las proteínas están controladas termodinámicamente que se puede lograr a través de la formación de los intermedios (diferentes configuraciones) que se rige cinética [11]. También se ha informado de que algunas proteínas accesorias acelerar el proceso de plegamiento de la proteína [36]. La glicosilación aumenta la estabilidad de la molécula de proteína, pero que no afecta a la vía de plegamiento [37].

Importancia de Estudios termodinámicos

El mayor inconveniente en la expresión de proteínas recombinantes en huéspedes adecuados es que las moléculas de proteína a menudo se forman en cuerpos de inclusión. Varios métodos recientes se han desarrollado para el

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