Plegamiento de proteínas: ¿es posible predecir la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de una secuencia polipeptídica basada únicamente en la secuencia y la información ambiental?

Esto depende de lo que quieras decir por posible. Teóricamente es posible si tiene recursos informáticos infinitos (o al menos considerablemente más de los que tenemos ahora) (RAM, espacio en disco, velocidad de procesamiento …). Prácticamente, actualmente no es posible, pero todavía lo intentamos y a veces tenemos suerte. Lo que le interesa se conoce como ‘optimizar’ la estructura para encontrar la conformación de energía mínima. Es algo que los químicos computacionales hacen mucho y también pueden hacer con mucha precisión con sistemas pequeños, como un par de moléculas de agua.

Lamentablemente, los métodos precisos utilizados para hacer esto escalan muy mal con el tamaño del sistema. Un método común, CCSD (t) escalas aproximadamente como el número de electrones a la octava potencia. Todos los recursos informáticos requeridos se escalan así, por lo que pasar de una molécula de agua a una proteína (y mucho menos a una proteína rodeada de agua) es una actividad masiva y simplemente no es factible con las computadoras modernas. Como resultado, los métodos “precisos” no se pueden usar. Pero las personas son inteligentes y desarrollan otras formas y métodos más baratos. Lamentablemente, esto generalmente tiene el precio de la precisión.

La forma en que se realiza la modelación proteínica más moderna es con la mecánica molecular, que es solo un modelo de bola y resorte que utiliza mecánica clásica y “campos de fuerza”. Estos campos de fuerza generalmente están diseñados para funcionar para tipos específicos de sistemas y generalmente producen resultados razonables para esos sistemas pero hacen terriblemente para otros. Parte del modelado de proteínas a menudo es averiguar qué campo de fuerza debe usar. Para resumir, en teoría, sí; en la práctica, si tienes suerte.

De cierta forma, sí lo es. Sin embargo, la precisión es un gran problema, no somos muy buenos para hacer las cosas al 100% correctas cuando lo hacemos. Sin embargo, podemos obtener algunos modelos que son “probables” y, a veces, en comparación con la evidencia experimental, lo hacemos bien (o cerca de la derecha).

Soy bioinformática y trabajo con algunos programas para determinar la estructura cuaternaria en la computadora. Empiezo con los datos de la secuencia de proteínas (en mi caso de antígenos), usando algunas herramientas (BLAST para encontrar plantillas, etc.) y luego genero estas estructuras y las veo en un programa llamado Pymol. Luego, compárelos con los modelos de cristalografía de rayos X de la misma proteína que están disponibles RCBS (usando herramientas de alineación y algunos guiones para ver las distancias, etc.).

No estoy seguro, pero para una condición ideal (donde no hay otras fuerzas involucradas y la secuencia colapsa por sí sola, en el vacío quizás la mejor opción sea en agua) algún día podemos definir un conjunto basado en el estado de energía mínimo. El estado de plegado inmóvil depende de muchos factores conocidos y desconocidos y muestra una selección evolutiva (en mi opinión), por lo que sería posible predecir realmente una estructura real, es difícil de decir.

No.