Cambio conformacional

En bioquímica, un cambio conformacional é un cambio na forma dunha macromolécula, xeralmentne inducida por factores ambientais.

Cambios conformacionais poden provocar o movemento dun complexo proteico. A quinesina que "camiña" sobre un microtúbulo é unha máquina biolóxica molecular usando dinámica de dominios de proteínas a nanoescala.

Unha macromolécula é normalmente flexible e dinámica. A súa forma pode cambiar en resposta a cambios no seu ambiente ou outros factores; cada posible forma denomínase conformación, e unha transición entre elas é un cambio conformacional. Entre os factores que poden inducir tales cambios están temperatura, pH, voltaxe, luz (nos cromóforos), concentración de ións, fosforilación ou a unión dun ligando. Estes factores poden orixinar, por exemplo, cambios de ionización na molécula ou cambios nalgúns enlaces (por exemplo, pontes disulfuro ou de hidróxeno) que fan que a estrutura da molécula cambie. As transicións entre estes estados acontecen a diversas escalas espaciais (de decenas de Å a nm) e de tempo (de ns a s), e foron ligados fiuncionalmente a fenómenos relevantes como a sinalización alostérica^[1] e catálise encimática.^[2]

Análise de laboratorio

Moitas técnicas biofísicas, como a cristalografía, resonancia magnética nuclear (RMN), resonancia paramagnética electrónica (RPE) usando técnicas de etiqueta de espín, dicroísmo circular, intercambio de hidróxeno e FRET poden utilizarse para estudar os cambios conformacionais macromoleculares. A interferometría de polarización dual é unha técnica que pode proporcionar información sobre cambios conformacionais en biomoléculas.^[3]

Unha técnica óptica non-linear específica chamada xeración de segundo harmónico (SHG, do inglés second-harmonic generation) aplicouse recentemente ao estudo do cambio conformacional en proteínas.^[4] Neste método, sitúase unha sonda que é activa no segundo harmónico nun sitio que experimenta un movemento na proteína por mutaxénese ou unión non específica de sitio, e a proteína é adsorbida ou inmobilizada especificamente a unha superficie. Un cambio na conformación da proteína produce un cambio na orientación neta da tinguidura e relación ao plano da superficie e, por tanto, a intensidade do feixe do segundo harmónico. Nunha mostra proteica cunha orientación ben definida, o ángulo de inclinación da sonda pode determinarse cuantitativamente, en espazo real e tempo real. Os aminoácidos non naturais activos no segundo harmónico poden usarse tamén como sondas.^[5]

Outro método aplica biosuperficies electrocambiantes (electro-switchable biosurfaces); nel sitúanse proteínas no extremo de curtas moléculas de ADN que son despois arrastradas por unha solución tampón pola aplicación de potenciais eléctricos alternantes. Medindo as súas velocidades, as cales dependen en último extremo da súa fricción hidrodinámica, poden visualizarse os cambios conformacionais.^[6][7]

Poden unirse ás proteínas "nanoantenas" feitas de ADN, un novo tipo de antena óptica a nanoescala, para producir un sinal por fluorescencia segundo os distintos cambios de conformación.^[8][9]

Análise computacional

A cristalografía de raios X pode proporcionar información sobre cambios na conformación a nivel atómico, pero o custo económico e dificultade de tales experimentos fai que os métodos computacionais sexan unha alternativa atractiva.^[10] A análise modal normal con modelos de redes elásticas, como o modelo de rede Gaussiana, pode utilizarse para sondar as traxectorias da dinámica molecular, así como as estruturas coñecidas.^[11][12] ProDy é unha feramenta moi usada para esa análise.^[13]

Exemplos

Os cambios conformacionais son importantes para:

• transportadores ABC ^[14]
• catálise^[15]
• locomoción celular e proteínas motoras^[16]
• formación de complexos proteicos^[17]
• canles iónicas^[18]
• mecanorreceptores e mecanotransdución^[19]
• actividade regulatoria ^[20]
• transporte de metabolitos a través das membranas celulares. ^[21][22]