Este modelo "todo o nada" de plegamiento de proteínas fue propuesto por primera vez por Tim Anson en 1945,[1] pero se cree que es válido solo para pequeños dominios estructurales únicos de proteínas (Jackson, 1998); los dominios más grandes y las proteínas de múltiples dominios a menudo exhiben estados intermedios.
Como es habitual en la mecánica estadística, estos estados corresponden a conjuntos de conformaciones moleculares, no solo a una conformación.
La molécula puede hacer la transición entre el estado nativo y el estado desplegado de acuerdo con un modelo cinético simple con constantes de velocidad
La forma más directa de medir la estabilidad conformacional
La interferometría de polarización dual es una técnica emergente para medir directamente el cambio conformacional y
, respectivamente) se miden a medida que las condiciones de la solución cambian gradualmente de las que favorecen el estado nativo a las que favorecen el estado desplegado, por ejemplo, agregando un desnaturalizante como el clorhidrato de guanidinio o la urea.
Dado que las fracciones deben sumar a uno y su relación debe estar dada por el factor de Boltzmann, tenemos En general, se encuentra que las estabilidades de las proteínas varían linealmente con la concentración de desnaturalizante.
Podrían extenderse para interpretar esquemas de reacción más complicados.
El modelo de unión al desnaturalizante asume que existen sitios específicos pero independientes en la molécula de proteína (plegada o desplegada) a los que el desnaturalizante se une con una constante de unión efectiva (promedio) k. El equilibrio se desplaza hacia el estado desplegado a altas concentraciones de desnaturalizante, ya que tiene más sitios de unión para el desnaturalizante en relación con el estado plegado (
Un tratamiento elemental da como resultado la siguiente forma funcional: donde
es la estabilidad de la proteína en el agua y [D] es la concentración desnaturalizante.
Este modelo intenta responder a la pregunta de si las moléculas desnaturalizantes se unen realmente a la proteína o si parecen estar ligadas simplemente porque los desnaturalizantes ocupan aproximadamente el 20-30% del volumen total de la solución a altas concentraciones utilizadas en experimentos, es decir, efectos no específicos.
Sin embargo, una fuerte correlación entre el área de superficie accesible (ASA) expuesta en el despliegue, es decir, la diferencia en el ASA entre el estado desplegado y plegado de la proteína estudiada (dASA), y el valor de m ha sido documentado por Pace y colaboradores.
No hay una base física para el LEM y es puramente empírico, aunque se usa ampliamente para interpretar datos de desnaturalización de solventes.
se llama el "valor m " (> 0 para la definición anterior) y
En la práctica, los datos experimentales observados a diferentes concentraciones de desnaturalizantes se ajustan a un modelo de dos estados con esta forma funcional para
, junto con líneas de base lineales para los estados plegados y desplegados.
son dos parámetros de ajuste, junto con otros cuatro para las líneas de base lineales (pendiente e intersección para cada línea); en algunos casos, se supone que las pendientes son cero, lo que da cuatro parámetros de ajuste en total.
se puede calcular para cualquier concentración de desnaturalizante (incluida la estabilidad a cero desnaturalizante) a partir de los parámetros ajustados
En su lugar, analizamos la población relativa de moléculas plegadas utilizando varias sondas estructurales, por ejemplo, la absorbancia a 287 nm (que informa sobre la exposición a disolventes de triptófano y tirosina), dicroismo circular ultravioleta lejano (180-250 nm, que informa sobre la estructura secundaria del esqueleto de la proteína), la interferometría de polarización dual (que informa el tamaño molecular y la densidad de plegamiento) y la fluorescencia casi ultravioleta (que informa sobre los cambios en el entorno del triptófano y la tirosina).
, correspondiente al estado nativo o desplegado, respectivamente.
bajo diversas condiciones de solución a esta forma funcional, se puede estimar
Suponiendo una desnaturalización de dos estados como se indicó anteriormente, uno puede derivar los parámetros termodinámicos fundamentales a saber,
Los observables termodinámicos de la desnaturalización se pueden describir mediante las siguientes ecuaciones: donde
se varía para probar la estabilidad térmica del sistema y
es la temperatura a la cual se despliega la mitad de las moléculas en el sistema.
se puede calcular a través de programas informáticos como Deepview (también conocido como swiss PDB viewer).
Esto se puede hacer con calorimetría diferencial de barrido comparando la entalpía calorimétrica de la desnaturalización, es decir, el área debajo del pico,
Usando los principios anteriores, se han derivado ecuaciones que relacionan una señal de proteína global, correspondiente a los estados de plegamiento en equilibrio, y el valor variable de un agente desnaturalizante, ya sea temperatura o una molécula química, para proteínas homoméricas y heteroméricas, desde monómeros hasta trímeros.
Formas análogas funcionales son posibles para la desnaturalización por presión,[6] pH, o aplicando fuerza con una punta de microscopio de fuerza atómica.