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Estructuras ocultas en las células: ¿cómo las hélices conjugadas impulsan las funciones biológicas?
En el funcionamiento de la vida, la interacción entre moléculas es la piedra angular del funcionamiento de los organismos. Entre ellos, la bobina conjugada es un motivo estructural sorprendente que existe en aproximadamente el 5-10% de las proteínas. Esta estructura consta de 2 a 7 hélices alfa enrolladas entre sí, como una cuerda. Estas hélices no sólo proporcionan estabilidad, sino que también juegan un papel vital en la regulación de la expresión genética y otras funciones biológicas.
El motivo helicoidal conjugado permite que muchas proteínas interactúen entre sí y formen estructuras celulares complejas.
Descubrimiento de la hélice conjugada
El concepto de hélice conjugada fue propuesto por primera vez de forma independiente por Linus Pauling y Francis Crick. En el verano de 1952, Pauling visitó el laboratorio de Crick. Los dos científicos discutieron muchos temas y Crick de repente le preguntó a Pauling si alguna vez había considerado el término "hélice conjugada". Paulin dijo que había pensado en ello, y esta conversación lo llevó a continuar estudiando el tema en profundidad después de regresar a los Estados Unidos y a enviar un largo artículo a la revista Nature.
El artículo de Crick, aunque más corto, precedió al de Pauling, lo que desató una controversia en la comunidad científica.
Después de muchas comunicaciones y debates, el laboratorio de Crick finalmente confirmó que la idea fue ideada independientemente por los dos científicos y que no hubo robo de propiedad intelectual. La contribución de Crick fue proponer el concepto de "hélice conjugada" y proporcionar un método matemático para determinar su estructura.
Estructura molecular
La hélice conjugada generalmente está compuesta por un patrón repetitivo (hxxhcxc) de residuos de aminoácidos hidrófobos (h) y cargados (c), conocido como repetición de heptada. Dentro de esta repetición, las posiciones están etiquetadas como abcdefg, donde a y d son posiciones hidrófobas de hidrógeno, típicamente ocupadas por isoleucina, leucina o valina. Cuando una secuencia tiene este patrón repetitivo y se pliega en una estructura secundaria alfa-helicoidal, los residuos hidrófobos de hidrógeno aparecen como una “tira” que se enrolla alrededor de la hélice, formando una estructura anfipática.
Las interacciones entre las hélices conjugadas proporcionan la fuerza impulsora termodinámica para la formación de polímeros.
Efectos biológicos
Las hélices conjugadas se utilizan principalmente para promover interacciones entre proteínas, ayudando a que las proteínas o los dominios se bloqueen entre sí. Esta propiedad es crucial para una variedad de funciones biológicas, incluida la fusión de membranas, el espaciamiento molecular y funciones relacionadas con la motilidad de las vesículas.
Fusión de membranas
El dominio helicoidal conjugado juega un papel importante en la infección por VIH. Cuando el virus ingresa a una célula CD4 positiva, la glicoproteína gp120 se une al receptor CD4 y al receptor central. En este punto, gp120 y gp41 forman un complejo ternario y finalmente guían la fusión del virus y la membrana celular a través de un mecanismo de conjugación. La secuencia del péptido de fusión N-terminal de gp41 se fija en la célula huésped para lograr la fusión. Recientemente, se han desarrollado inhibidores basados en la región HR2, Fuzeon, para contrarrestar este proceso, con el objetivo de reducir la capacidad del VIH para infectar.
Como espaciador molecular
El motivo helicoidal conjugado también puede servir como separador entre objetos dentro de las celdas. La longitud de estos espaciadores moleculares, dominios helicoidales conjugados, se conserva y, fundamentalmente, evitan las interacciones entre dominios proteicos. Por ejemplo, la proteína Omp-α es un ejemplo típico, que mantiene la distancia entre los componentes a través de hélices conjugadas.
Diseño y aplicación
Las hélices conjugadas ofrecen una solución de diseño al problema del plegamiento de proteínas. Mediante el estudio de la hélice conjugada de GCN4, los científicos establecieron una gramática que puede predecir eficazmente el estado oligomérico basándose en la secuencia de aminoácidos. Esto permite utilizar hélices conjugadas en la síntesis de nanoestructuras, promoviendo así el desarrollo de nuevos sistemas de administración de fármacos.
Utilizando la funcionalidad de las hélices conjugadas, los científicos están desarrollando mecanismos de administración de fármacos más precisos para mejorar la eficiencia terapéutica.
Con el estudio en profundidad de la estructura de hélice conjugada, su potencial de aplicación en campos como la medicina, la bioingeniería y la nanotecnología sin duda seguirá expandiéndose en el futuro. ¿Cómo podemos utilizar esta misteriosa estructura para reformular nuestra comprensión de cómo funciona la vida?
