El dipéptido de aminoácidos: pequeño pero aún influyente después de 50 años
La conformación de una cadena polipeptídica puede describirse con buena precisión en términos de un conjunto único de valores de ángulos de torsión de la columna vertebral -dos por cada residuo de aminoácido- llamados ϕ y ψ (Fig. 1); las longitudes y los ángulos de enlace reciben valores canónicos fijos, y el enlace peptídico que une los residuos sucesivos también se fija como una estructura plana. Como demostraron Ramachandran y sus colaboradores hace casi 50 años (1), es fácil trazar distribuciones de conformaciones polipeptídicas expresadas en términos de los ángulos de torsión ϕ y ψ en gráficos 2D, que desde entonces se conocen como gráficos de Ramachandran. Estos autores analizaron las conformaciones disponibles para un único residuo en una cadena polipeptídica en términos de un modelo simple que incluía, además de un único residuo de aminoácido, partes de los residuos vecinos hasta los átomos de carbono α inmediatamente anteriores y posteriores y, por tanto, incluía los dos grupos peptídicos planares; a este modelo le dieron el nombre (no sistemático) de dipéptido. Cuando asumieron radios atómicos estándar y no permitieron conformaciones con solapamiento atómico, descubrieron que relativamente pocas combinaciones de los dos ángulos de torsión variables producían estructuras favorables sin solapamiento atómico (sombreado gris en la Fig. 1). En PNAS, Avbelj y colaboradores (2) presentan nueva información sobre la distribución de la conformación del péptido en solución.
Avbelj y colaboradores (2) encuentran diferencias significativas en la proporción de las tres conformaciones entre dipéptidos de diferentes aminoácidos y han podido medir los cambios con la composición, la temperatura, el estado de ionización de las cadenas laterales y la composición del disolvente, que son bien conocidos por afectar a la conformación de las cadenas desplegadas (5). La conformación de los residuos en las cadenas cortas se distribuye aproximadamente como la de los residuos en los dipéptidos. La interacción entre los residuos en las cadenas cortas es mínima porque los átomos Cα de los residuos sucesivos están separados por tres enlaces, uno de los cuales es el enlace peptídico rígido (6). A medida que las cadenas se alargan, las interacciones cooperativas de medio alcance favorecen la formación de tramos de estructura α-helicoidal. Sin embargo, el grado de formación de hélices requiere una composición de aminoácidos favorable, en términos de la propensión intrínseca a la hélice de los residuos y de factores como la presencia de interacciones estabilizadoras de la hélice entre las cadenas laterales. Estas condiciones se han establecido mediante extensas investigaciones (por ejemplo, ref. 7). A medida que las cadenas se alargan aún más, es posible que se produzcan interacciones adicionales de largo alcance entre las cadenas laterales. En particular, la atracción entre las cadenas laterales hidrofóbicas puede conducir a la formación de estructuras colapsadas pero no altamente ordenadas, llamadas glóbulos fundidos. Estos glóbulos fundidos también pueden formarse como intermedios en el proceso de formación de la conformación plegada biológicamente activa de una proteína a partir del estado desplegado (8).
Aún queda por relacionar completamente estas diferencias en la preferencia conformacional con las diferencias en la estructura molecular y las interacciones moleculares, algo que se aborda mejor con la ayuda de simulaciones moleculares. Sin embargo, los diversos campos de fuerza que se utilizan ampliamente no coinciden bien entre sí en las distribuciones conformacionales de los dipéptidos de alanina y glicina en solución acuosa (9). Avbelj y sus colaboradores (2) señalan que los detalles de las nuevas distribuciones medidas deberían servir como referencia clave para producir un campo de fuerza refinado, que podría utilizarse con mayor confianza en las simulaciones de polipéptidos desplegados en solución. Y lo que es más importante, cabe esperar que esta mayor precisión mejore significativamente la exactitud de la simulación del plegado de pequeñas proteínas con el uso de la representación atómica y la solvatación explícita, lo que se ha logrado recientemente gracias al aumento de la potencia de los ordenadores y a las mejoras en los métodos de simulación (10, 11). La determinación rutinaria de la estructura de pequeñas proteínas mediante plegado simulado, como alternativa a la cristalografía de rayos X y a la espectroscopia de RMN, parece estar a la vuelta de la esquina. La precisión de los campos de fuerza utilizados en estas simulaciones será entonces la mayor preocupación.
Notas a pie de página
- ↵1E-mail: hermans{at}med.unc.edu.
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Contribuciones de los autores: J.H. escribió el artículo.
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El autor declara no tener ningún conflicto de intereses.
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Ver artículo complementario en la página 1794 del número 5 del volumen 108.