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El código de bobinado en las proteínas: ¿Por qué la estructura helicoidal es tan misteriosa e importante?
En el mundo de las proteínas, las estructuras helicoidales existen como un lenguaje secreto. Estas estructuras, llamadas bobinas enrolladas, son múltiples hélices alfa enrolladas entre sí como cuerdas y desempeñan un papel esencial en diversos procesos biológicos. Según las investigaciones, entre el 5% y el 10% de las proteínas tienen esta estructura, lo que convierte a la espiral en uno de los motivos de interacción proteína-proteína más comunes.
Estas proteínas desempeñan múltiples funciones en las células, incluida la regulación de la expresión genética, la fusión de membranas y la coordinación de la función de las estructuras celulares.
Historia del descubrimiento de la estructura espiral
La posibilidad de una estructura helicoidal se propuso por primera vez en 1952, cuando los científicos Linus Pauling y Francis Crick mantuvieron una discusión en profundidad en una reunión en el Reino Unido. Como en la comunidad científica había habido controversia sobre la estructura en espiral, finalmente los dos científicos confirmaron conjuntamente la existencia de esta estructura. Posteriormente Pauling presentó un manuscrito detallado y Crick presentó un memorándum más breve unos días después. Sin embargo, la conclusión final fue que la idea fue propuesta independientemente por dos científicos y no hubo robo intelectual.
Francis Crick fue el primero en proponer la "estructura helicoidal" y su método matemático en su investigación, sentando las bases para la investigación posterior sobre proteínas.
Estructura y composición molecular
La estructura en espiral generalmente contiene un patrón llamado "repetición de heptada", en el que los residuos de aminoácidos que contiene se repiten en el patrón de hxxhcxc. La configuración de estos aminoácidos otorga a la estructura de alambre enrollado su capacidad única de plegamiento, permitiéndole ensamblarse eficientemente en un entorno acuoso. Cuando estas hélices α se entrelazan, la distribución única de aminoácidos hidrófobos e hidrófilos proporciona la fuerza impulsora termodinámica que hace que esta estructura sea estable y funcional.
El papel de las estructuras helicoidales en la biologíaLa estructura en espiral es una característica común en muchas familias de proteínas. La función principal de estas estructuras es facilitar las interacciones entre proteínas, permitiéndoles unirse fuertemente entre sí. Esta propiedad es crucial en múltiples procesos biológicos, incluida la fusión de membranas y la plasticidad intermolecular.
Papel clave en la fusión de membranas
Por ejemplo, durante la infección por VIH, la glicoproteína viral gp120 se une al receptor CD4 y al receptor central, promoviendo así la fusión de gp41. Las secuencias repetidas helicoidales en la estructura gp41 permiten la reticulación entre las membranas del virus y de la célula huésped, iniciando así el proceso de fusión de la membrana.
La estructura y función de gp41 dependen particularmente de la formación de una estructura helicoidal, que permite que el virus ingrese a la célula sin problemas.
Como espaciador molecular
La estructura enrollada también puede utilizarse como espaciador en la célula. La existencia de esta estructura puede evitar interacciones accidentales entre bloques de proteínas y separar eficazmente los diferentes orgánulos celulares. Controla el transporte intracelular.Como etiqueta de agregación
Debido a sus interacciones únicas, la estructura helicoidal también se puede utilizar como una "etiqueta" para estabilizar o lograr un estado de agregación específico. Estas características hacen que estas proteínas sean particularmente importantes en el estudio de nanoestructuras sintéticas.
Perspectivas de diseño y aplicación
En los últimos años, los científicos han logrado avances notables en el diseño de estructuras de proteínas que pueden autoensamblarse. Al utilizar las características de la estructura helicoidal, los investigadores pueden predecir la estructura final del plegamiento de proteínas basándose en una secuencia de aminoácidos específica, avanzando así en el desarrollo de nanoestructuras.
Estas investigaciones podrían cambiar el futuro de la biomedicina, por ejemplo en la administración precisa de medicamentos, la medicina regenerativa y el origami de proteínas.
Desafíos y reflexiones futuras
Aunque las perspectivas de investigación de las estructuras helicoidales son bastante amplias, los problemas de estabilidad resultantes siguen siendo los principales desafíos que deben superarse en el futuro. El uso de estas estructuras para crear nanomateriales innovadores e incluso crear estructuras tridimensionales en cultivos celulares se ha convertido en un foco de investigación en esta etapa.
La estructura sinuosa aporta nuevos conocimientos y desafíos a los componentes básicos de la vida. ¿Cómo revelarán las futuras investigaciones más sobre sus posibles funciones?
