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 NEn trazas en equilibrio con N En ausencia de cofactores específicosResultado 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 I 1 I2 In U

I2b

N I1 I2 In U

I2b

N I 1 I2 In U

N

I 2b

I1 I2 In U

N

I2b

I1 I2 In U

Inb

Poder desnatura lizante del so lvente

En

erg

íaU

N

I

No se observará I en el equilibrio

Poder desnatura lizante del so lvente

En

erg

íaU

N

I

Se observará N, I y U en equilibrio

caotrópo

En

erg

ía

U

N

I

osmolito

Urea0M 8M

Mig

raci

ón

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

20

24

28

32

36

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

WT IFABP1-131

Sto

kes

Rad

ius

(Å)

Trp

Flu

ores

cen

ce (

arb

itrar

y un

its)

GndCl (M)

Equilibrium unfolding of IFABP

-14

0

14

28

42

250 260 270 280 290 300 310 320

0.0 M

0.5 M

2.0 M

3.5 M

4.5 M

5.0 M

6.6 M

Wavelength (nm)

[]

(deg

cm

2 d

mo

l-1)

-14

0

14

28

42

250 260 270 280 290 300 310 320

0 M, WT

0.0 M, trunc.

2.0 M, trunc.

5.0 M, trunc.

6.6 M, trunc.

6.6 M, WT

Wavelength (nm)

[]

(deg

cm

2 d

mo

l-1)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

exo-small-L

exo-small-L

exo-small-LC(N)

exo-small-LC(N)F

olde

d fr

actio

n

Gdn-HCl (M)

Fluorescence emission of Trp

ß-lactamase enzymic activity

Nishimura et al J. Mol. Biol. (2005) 351, 383–392

quenching Met-Trp en la proteína salvaje y no en las mutantes

(1) UNu

f

k

k

(5)

[N]

[U]UN

f

u K

k

k

(2) ln UNUN KRTG

exp

-0.20

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

exp

Poder desnatura lizante del so lvente

0

UG

N

-0.20

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

exp

calc

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 20 40 60 80 100

Temperatura (grados centígrados)el

ipti

cida

d (m

ilig

rado

s)

IA-2ec

(T) U U U N N N( ) ( ) (1)S f S l T f S l T

N U ( )

11 (2)

1 eG

RT

f f

G

G

(T )(T) (T ) G

G G

( ) ( ln( )) (3)p p

H TG H C T T T C

T T

Differential Scanning Calorimetry (DSC)

STHG

100-400 kcal/mol

0-200 kcal/mol4-10 kcal/mol

Los efectos entalpicos y entrópicoscontribuyen con fuerza parecida. Además son marcadamentedependientes 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=Rln(w)

¿Cuáles son las contribuciones entálpicas?

• Interacciones de van der Waals

• Puentes de hidrógeno

• Puentes salinos

50 100 150 200 250

5

10

15

20

25

30E

mpa

quet

amie

nto

Residuo

Átomos en una esfera de radio 5 A centrada en cada átomo(no se incluyen el átomo central ni los unidos covalentemente a él)

ESBL

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.

N U

Entropía conformacional

Entropía del solvente

Entalpía

Teoría clásica del efecto hidrofóbico

N U

Entropía conformacional

Entropía del solvente

Entalpía de solvatación

Modelo actual

Entalpía del solvente

H

T

S

lnT

UN

Cp,u

Cp,n

U

N

C p,u

Cp,n

STHG

Cp

T

H

Cp

T

ST

))

T

ln(

T

()T(

GG

)T(G)T()T(

G

G

TCH

TTCHG pp

-100

0

100

200

300

-20 0 20 40 60 80 100 120

delta HT x deltaSdelta G

Energía(kcal/mol)

Temperatura (ºC)

Estabilización entálpica de U

Estabilización entrópica de U

Simulación: H(TG)=100 kcal mol-1; CP=3 kcal mol-1 ºK-1; TG=333 ºK

G(28ºC)=4.8-0=4.8 kcal/mol

G(80ºC)=160-168=-8 kcal/mol

G(-20ºC)=-139-(-132)=-7 kcal/mol

Thanks Alberto Podjarny

Ermacora