Es una suposición de larga data que la presencia de agua influye en cómo se pliegan las proteínas. Un nuevo estudio desafía los detalles.

Un artículo en la American Chemical Society's Revista de letras de química física muestra que las proteínas que supuestamente evolucionaron para evitar el agua a medida que se pliegan, en realidad pueden comportarse de maneras que los científicos no anticiparon.

Ese descubrimiento podría cambiar la forma en que los científicos piensan sobre las interacciones hidrofóbicas (que evitan el agua) e hidrofílicas (que atraen el agua) en las soluciones. según un ingeniero de la Universidad de Rice.

Colaboradores de las universidades de Rice y Tulane y de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins crearon modelos de polipéptidos a nivel de átomo que mostraron que el plegamiento también está influenciado por la expansión térmica de los disolventes que ocupan. pero no de formas que coincidan con las suposiciones anteriores.

La opinión de larga data es que los aminoácidos hidrófobos, que evitan el agua al unirse de la manera más eficiente posible, son una fuerza dominante en el plegamiento de proteínas, dijo Dilip Asthagiri, profesor asociado de investigación de ingeniería química y biomolecular en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice.

El nuevo estudio muestra la temperatura, un factor que no siempre se incluye en los modelos de plegamiento de proteínas, también influye en el fenómeno. Eso debería impulsar una reevaluación de cómo se estabilizan las proteínas que se pliegan en una solución, según los investigadores.

"Hay muchas proteínas intrínsecamente desordenadas que no se pliegan en absoluto, "Asthagiri dijo." Una forma en que se ha racionalizado el no plegamiento ha sido observar el equilibrio de los grupos hidrofóbicos y los grupos cargados y, asumiendo que estos últimos dominan, concluye que el polipéptido no se pliega.

"Demostramos en 2017 que en un modelo de un péptido intrínsecamente desordenado que no tiene cadenas laterales, Los efectos hidrofílicos pueden, de hecho, abrumar el colapso provocado por los efectos hidrofóbicos aún sustanciales e impulsar el despliegue, incluso en ausencia de residuos cargados, ", dijo." Ese estudio y el publicado a principios de 2016 destacaron el papel de los efectos hidrofílicos. Pero no analizamos los efectos de la temperatura ".

Así que el equipo dirigido por Asthagiri se propuso modelar con precisión cómo los polipéptidos, una clasificación que incluye proteínas en sistemas biológicos, se pliegan y se despliegan a medida que se conectan con el agua a distintas temperaturas.

Cuando los investigadores calcularon la energía libre de una secuencia peptídica de decaalanina hidratada, junto con sus cadenas laterales, encontraron que las fuerzas de atracción entre el solvente y el péptido también juegan un papel, particularmente cuando está involucrado más de un péptido.

Descubrieron que en los rangos de temperatura que modelaron, la matriz de disolvente alrededor de los polipéptidos se expande cuando se calienta, disminuyendo la población de moléculas de solvente que están alrededor y en contacto con los péptidos. Esto puede hacer que las interacciones de unión entre el disolvente y los péptidos sean menos favorables.

Notaron que el efecto es menor para moléculas pequeñas en un solvente, pero amplificado para péptidos y proteínas más grandes. También dijeron que la teoría sugiere que los efectos hidrofílicos pueden contribuir a la desnaturalización, o desplegándose, de proteínas en soluciones frías.

"El entorno de la solución es un contribuyente importante a la estructura de las proteínas, "dijo el ingeniero químico de Tulane y coautor para correspondencia Lawrence Pratt, mentor de Asthagiri desde hace mucho tiempo. "Todo lo que hace la solución, incluyendo el agua, tiene que ver con la forma en que estas proteínas se unen y las funciones que realizan ".

Dijo que los efectos hidrofóbicos en el plegamiento de proteínas se han reconocido desde la década de 1940. "Es algo bastante complicado, aunque, porque tiene dependencias inusuales de la temperatura, "Dijo Pratt." Ya sabes, las cosas viven o mueren si cambias las temperaturas.

"Algunos efectos hidrofóbicos se vuelven más fuertes cuando aumenta la temperatura, para que las cosas sean más estables, ", dijo." Pero Dilip muestra que este aumento de fuerza con el aumento de la temperatura puede provenir de otros lugares, incluidos los efectos que todos los químicos dirían que son hidrófilos.

"Los efectos hidrofóbicos e hidrofílicos entran en juego, ", dijo." Y están compitiendo, y están colaborando. Entonces, poder distinguirlos individualmente de una manera muy convincente es un gran paso para clasificar todo este comportamiento ".