- ¿Qué es exactamente el hacinamiento molecular?
La mayoría de los experimentos bioquímicos estudian el plegamiento en soluciones tampón. Sin embargo, el entorno intracelular está lleno de macromoléculas, por lo que existe una cierta cantidad de espacio intracelular que es inaccesible para las proteínas / macromoléculas.
Nota: el término “hacinamiento” está específicamente asociado (en oposición a la concentración) porque no hay particularmente una alta concentración de especies sino muchos tipos diferentes de especies presentes en los compartimentos fluídicos de una célula.
- ¿Cuáles son las consecuencias generales del hacinamiento molecular?
Hay importantes consecuencias termodinámicas y cinéticas para el apilamiento molecular. En general, hay un aumento en la actividad termodinámica, y tasas y equilibrios bioquímicos.
Antes de comprender cómo se ven afectados exactamente la termodinámica y la cinética, definamos un término de física de polímeros: volumen excluido
Volumen excluido : El concepto de volumen excluido fue introducido por Flory, (explicado en el contexto de polímeros), se refiere a la idea de que una cadena de polímero / macromolécula no puede ocupar espacio que ya está ocupado por otra parte de la misma cadena / molécula. Este efecto causa que el polímero se separe más en la solución de lo que realmente lo haría, si no hubiera habido volumen excluido (o en otras palabras, efectos estéricos).
Figura 1: se muestran dos moléculas de poliestireno (PS), donde el área sombreada representa el volumen excluido
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El hacinamiento molecular no es más que un efecto de volumen excluido. Independientemente de las interacciones cargadas, este efecto de repulsión estérica siempre está presente.
- Efecto termodinámico (entrópico) : como se imaginaría, una proteína completamente plegada excluiría menos volumen a otros solutos que cuando está extendida o hinchada (hinchada es cuando una cadena está en un buen solvente, es decir, cuando es soluble en un solvente) . Dado que el espacio disponible para que la cadena explore es limitado, hay muchos estados desnaturalizados / desplegados que la cadena no explora en un entorno concurrido. Esto conduce a una estabilización relativa de la estructura nativa / proteína plegada. Por lo tanto, termodinámicamente, se sabe que las estructuras nativas son más estables.
- Cinética: otra consecuencia de la exclusión de volumen es un efecto sobre las velocidades de reacción. El apiñamiento reduce la movilidad difusional de las macromoléculas, por lo que las tasas de reacciones sustancialmente más lentas (estado de transición limitado, ejemplo de plegado) se incrementan cada vez más, lo que conduce a tasas de plegado más rápidas / más rápidas.
Otro efecto del hacinamiento es un aumento en el plegamiento incorrecto y la agregación, nuevamente debido al confinamiento, y al hecho de que los agregados de una proteína excluirían un volumen menor que cada proteína individual del agregado en forma aislada.
En conclusión, el hacinamiento molecular aumenta la tasa de plegamiento y favorece el estado plegado. Sin embargo, el problema de la agregación y el mal plegado también está íntimamente relacionado con los efectos de aglomeración.
