Reconocimiento molecular - Molecular recognition

Estructura cristalina de un péptido corto L-Lys-D-Ala-D-Ala (precursor de la pared celular bacteriana) unido al antibiótico vancomicina a través de enlaces de hidrógeno
Estructura cristalina de dos ácidos isoftálicos unidos a una molécula huésped a través de enlaces de hidrógeno
Reconocimiento estático entre un solo invitado y un solo sitio de enlace de host. En el reconocimiento dinámico, la unión del primer huésped en el primer sitio de unión induce un cambio de conformación que afecta la constante de asociación del segundo huésped en el segundo sitio de unión. En este caso se trata de un sistema alostérico positivo.

El término reconocimiento molecular se refiere a la interacción específica entre dos o más moléculas a través de enlaces no covalentes como enlaces de hidrógeno , coordinación de metales , fuerzas hidrofóbicas , fuerzas de van der Waals , interacciones π-π , enlaces halógenos o efectos de interacción resonante . Además de estas interacciones directas , los disolventes pueden desempeñar un papel indirecto dominante en la conducción del reconocimiento molecular en solución. El huésped y el huésped involucrados en el reconocimiento molecular exhiben complementariedad molecular . Las excepciones son los contenedores moleculares, incluidos, por ejemplo , nanotubos , en los que los portales controlan esencialmente la selectividad.

Sistemas biologicos

Un ribosoma es una máquina biológica que utiliza la dinámica de proteínas en nanoescalas para traducir el ARN en proteínas.

El reconocimiento molecular juega un papel importante en los sistemas biológicos y se observa entre receptor-ligando, antígeno - anticuerpo , ADN - proteína , azúcar - lectina , ARN - ribosoma , etc. Un ejemplo importante de reconocimiento molecular es el antibiótico vancomicina que se une selectivamente con los péptidos con D-alanil-D-alanina terminal en células bacterianas a través de cinco enlaces de hidrógeno. La vancomicina es letal para las bacterias, ya que una vez que se ha unido a estos péptidos en particular, no pueden usarse para construir la pared celular de las bacterias .

Reconocimiento molecular sintético

Un trabajo reciente sugiere que los elementos de reconocimiento molecular se pueden producir sintéticamente a nanoescala, evitando la necesidad de elementos de reconocimiento molecular de origen natural para el desarrollo de herramientas de detección de moléculas pequeñas. Los polímeros biomiméticos, como los peptoides, se pueden utilizar para reconocer dianas biológicas más grandes, como las proteínas, y la conjugación de polímeros con nanomateriales fluorescentes sintéticos puede generar estructuras macromoleculares sintéticas que sirven como anticuerpos sintéticos para el reconocimiento y la detección ópticos de proteínas.

Sistemas supramoleculares

Los químicos han demostrado que se pueden diseñar muchos sistemas supramoleculares artificiales que exhiban reconocimiento molecular. Uno de los primeros ejemplos de tal sistema son los éteres corona que son capaces de unirse selectivamente a cationes específicos. Sin embargo, desde entonces se han establecido varios sistemas artificiales.

Estático vs.Dinámico

El reconocimiento molecular se puede subdividir en reconocimiento molecular estático y reconocimiento molecular dinámico . El reconocimiento molecular estático se compara con la interacción entre una llave y un ojo de cerradura; es una reacción de complejación de tipo 1: 1 entre una molécula huésped y una molécula huésped para formar un complejo huésped-huésped . Para lograr un reconocimiento molecular estático avanzado, es necesario crear sitios de reconocimiento que sean específicos para las moléculas huésped.

En el caso del reconocimiento molecular dinámico, la unión del primer huésped al primer sitio de unión de un huésped afecta la constante de asociación de un segundo huésped con un segundo sitio de unión. conduciendo a la cooperatividad de la vinculación. En el caso de sistemas alostéricos positivos, la unión del primer huésped aumenta la constante de asociación del segundo huésped. Mientras que para los sistemas alostéricos negativos, la unión del primer huésped disminuye la constante de asociación con el segundo. La naturaleza dinámica de este tipo de reconocimiento molecular es particularmente importante ya que proporciona un mecanismo para regular la unión en sistemas biológicos. El reconocimiento molecular dinámico puede mejorar la capacidad de discriminar entre varios objetivos en competencia a través del mecanismo de corrección de pruebas conformacional . También se está estudiando el reconocimiento molecular dinámico para su aplicación en sensores químicos y dispositivos moleculares altamente funcionales .

Complejidad

Un estudio reciente basado en simulaciones moleculares y constantes de cumplimiento describe el reconocimiento molecular como un fenómeno de organización. Incluso para moléculas pequeñas como los carbohidratos, el proceso de reconocimiento no se puede predecir ni diseñar, incluso asumiendo que se conoce exactamente la fuerza de cada enlace de hidrógeno individual. Sin embargo, como Mobley et al. En conclusión, la predicción precisa de los eventos de reconocimiento molecular debe ir más allá de la instantánea estática de un solo fotograma entre el huésped y el anfitrión. Las entropías son contribuyentes clave a la termodinámica vinculante y deben tenerse en cuenta para predecir con mayor precisión el proceso de reconocimiento. Las entropías rara vez se observan en estructuras de un solo límite (instantánea estática).

Complementación intragénica

Jehle señaló que, cuando se sumerge en un líquido y se entremezcla con otras moléculas, las fuerzas de fluctuación de carga favorecen la asociación de moléculas idénticas como vecinas más cercanas. De acuerdo con este principio, las múltiples copias de un polipéptido codificado por un gen a menudo se someten a un reconocimiento molecular entre sí para formar una estructura de proteína de múltiples polipéptidos ordenada. Cuando dicha proteína se forma a partir de polipéptidos producidos por dos alelos mutantes diferentes de un gen particular, la proteína compuesta por una mezcla de polipéptidos puede exhibir una mayor actividad funcional que la proteína de múltiples polipéptidos formada por cada uno de los mutantes solo. En tal caso, el fenómeno se denomina complementación intragénica .

La complementación intragénica (también llamada complementación interalélica) se ha demostrado en muchos genes diferentes en una variedad de organismos. Crick y Orgel analizaron los resultados de tales estudios y llegaron a la conclusión de que la complementación intragénica, en general, surge de la interacción de monómeros polipeptídicos defectuosos de manera diferente cuando forman un agregado ordenado que llamaron “multímero”.

Ver también

Referencias

enlaces externos