Estado nativo (N)
•
•
•
•
•
•
•
•
Compactación óptima
Grupos polares en el exterior
Mínima superficie expuesta
Anisotropía y baja periodicidad
Organización jerárquica de la estructura
Flexibilidad óptima
Conformación única y cooperativa
Mínimo energético
Estado desplegado (U)
• Expansión máxima (5-10 veces el volumen de N)
Máxima superficie expuesta al solvente
• No existen interacciones preferenciales entre
residuos
• Infinitas conformaciones
• Estado ideal, modelo teórico que describe
aproximadamente el comportamiento de muchas
proteínas en condiciones fuertemente
desnaturalizantes
Estados parcialmente plegados
(I)
•
•
•
•
•
Grupo heterogéneo de conformaciones no nativas
Estructura residual secundaria, nativa o no nativa
Sin estructura terciaria
Tendencia a la agregación
Existen como:
Precursores cinéticos de N
En trazas en equilibrio con N
En ausencia de cofactores específicos
Resultado de vías muertas del plegamiento
¿Qué relación existe entre N, I y U?
• En soluciones fisiológicas N es absolutamente
mayoritario
• En presencia de urea o cloruro de guanidinio
concentrados (agentes caotrópicos), N se
desestabiliza y aparecen I y U
• Los agentes caotrópicos solubilizan las cadenas
laterales haciendo más favorable la interacción
con el agua
N
I1
I2

In
U
N
I1
I2

In
U

In
U
I2b
N
I1
I2
I2b
N
I1
I2

In
U
In
U
I2b
N
I1
I2
I2b


Inb
No se observará I en el equilibrio
E n e rg ía
U
N
I
P o d e r d e s n a tu ra liz a n te d e l s o lve n te
U
E n e rg ía
Se observará N, I y U en equilibrio
N
I
P o d e r d e s n a tu ra liz a n te d e l s o lve n te
Energía
U
N
I
osmolito
caotrópo
0M
Urea
8M
Migración
36
1.0
0.8
32
0.6
WT IFABP
1-131
28
0.4
24
0.2
0.0
0.0
20
1.0
2.0
3.0
4.0
GndCl (M)
5.0
6.0
7.0
8.0
Stokes Radius (Å)
Trp Fluorescence (arbitrary units)
Equilibrium unfolding of IFABP
0.0 M
0.5 M
2.0 M
3.5 M
4.5 M
5.0 M
6.6 M
-1
[q] (deg cm dmol )
42
2
28
14
0
-14
250
260
270
280
290
300
Wavelength (nm)
310
320
0 M, WT
42
2.0 M, trunc.
-1
[q] (deg cm dmol )
0.0 M, trunc.
5.0 M, trunc.
28
6.6 M, trunc.
2
6.6 M, WT
14
0
-14
250
260
270
280
290
300
Wavelength (nm)
310
320
1.2
ß-lactamase enzymic activity
1
CD 9
Folded fraction
exo-small-bL
(N)
exo-small-bL
0.8
Fluorescence emission of Trp
CD 9
exo-small-bL
0.6
(N)
exo-small-bL
0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
Gdn-HCl (M)
2.5
3
3.5
Nishimura et al J. Mol. Biol.
(2005) 351, 383–392
quenching Met-Trp en la
proteína salvaje y no en
las mutantes
ku
N
 

 

U
(1)
kf
[U]
[N]
DG

ku
 K NU
(5)
kf
  RT ln K N  U
NU
(2)
exp
1.20
1.00
0.80
0.60
exp
0.40
0.20
0.00
0.00
-0.20
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
D GN  U
0
P o d e r d e sn a tu ra liza n te d e l so lve n te
1.20
1.00
0.80
0.60
exp
calc
0.40
0.20
0.00
0.00
-0.20
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Temperatura (grados centígrados)
elipticidad (miligrados)
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
0
20
40
60
80
100
IA-2ec
Differential Scanning Calorimetry (DSC)
DG  DH  TDS
4-10 kcal/mol
0-200 kcal/mol
100-400 kcal/mol
Los efectos entalpicos y entrópicos
contribuyen con fuerza parecida. Además son marcadamente
dependientes de la temperatura
¿Cuáles son las contribuciones
entrópicas?
• La diferencia enorme entre el número de
conformaciones permitidas a U y N
• El ordenamiento de las moléculas de agua
sobre la superficie accesible
S=Rln(w)
¿Cuáles son las contribuciones
entálpicas?
• Interacciones de van der Waals
• Puentes de hidrógeno
• Puentes salinos
30
Átomos en una esfera de radio 5 A centrada en cada átomo
(no se incluyen el átomo central ni los unidos covalentemente a él)
Empaquetamiento
25
20
15
10
5
ESBL
50
100
150
Residuo
200
250
Salvo muy escasas excepciones no existen puentes de
hidrógeno sin satisfacer en el interior proteico. Todos son
intramoleculares.
Son muy pocos los puentes salinos encontrados en el
interior proteico. En general desestabilizan a la estructura
nativa.
Teoría clásica del efecto hidrofóbico
N
Entropía conformacional
Entropía del solvente
Entalpía
U
Modelo actual
N
Entropía conformacional
Entropía del solvente
Entalpía de solvatación
Entalpía del solvente
U
H
H
 Cp
T
Cp,u
U
N
Cp,n
T
S
C p,u
TS 
Cp
T
U
Cp,n
N
lnT
G
H
T S
DG ( T )  DH ( T )  DC p ( T  T G )  T (
G
DH ( T )
G
 D C p ln(
TG
-1
S im u lación : D H (T G ) = 100 kcal m ol ; D C P = 3 kcal m ol
-1
T
))
TG
-1
ºK ; T G = 333 ºK
300
d e lta H
T x d e lta S
d e lta G
200
En
er
100
gí
a
(kc
a l/
m
0
o l)
E stabilizac ió n e ntró pic a de U
DG(28ºC)=4.8-0=4.8 kcal/mol
-1 0 0
DG(-20ºC)=-139-(-132)=-7 kcal/mol
DG(80ºC)=160-168=-8 kcal/mol
E stabilizac ió n e ntá lp ica de U
-2 0
0
20
40
60
T e m p e ra tu ra (ºC )
80
100
120
Ermacora
Thanks Alberto Podjarny
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Estado Nativo