Medmol  
Fibao Una perspectiva molecular en medicina
TEMAS
Interacciones moleculares
Bookmark and Share
Fecha de Publicación: 17-10-2007 Última actualización : 17-10-2007
Resumen
En este tema se resumen y definen los tipos básicos de interacción que sustentan las interacciones moleculares. Además de las interacciones fuertes (enlaces covalentes) existen interacciones débiles (interacciones electrostáticas, puentes de hidrógeno, fuerzas de van der Walls, interacciones hidrofóbicas) que son cruciales en el establecimiento de sistemas dinámicos de interacción, fundamentales para la vida.
Concepto
En esta animación se muestran puentes de hidrógeno que estabilizan una hélice alfa
Los enlaces covalentes son los responsables de la composición de los biopolímeros determinando su configuración. En el caso de las proteínas, es el enlace peptídico entre los aminoácidos lo que determina la composición de la proteína (configuración), pero no su forma espacial definitiva (conformación). La conformación la determinan la orientación de los aminoácidos y la cantidad y el tipo de interacciones intramoleculares que se dan entre dichos aminoácidos. Las interacciones electrostáticas están basadas en las interacciones entre cargas eléctricas y regidas por la ley de Coulomb. En los biopolímeros existen numerosas fuentes de carga eléctrica. A pH fisiológico (7.2) los aminoácidos básicos (Lisina y Arginina) están cargados positivamente en su cadena lateral y los aminoácidos ácidos (Aspártico y Glutámico) están cargados negativamente. Cuando se acercan aminoácidos cargados con signo opuesto aparece una interacción que estabiliza dicha conformación debido a la atracción de las cargas. En caso de que los aminoácidos tengan el mismo signo se repelerán. El pH es determinante en la aparición y desaparición de cargas en los biopolímeros y, por tanto, es un factor a tener en cuenta en la estabilidad estructural. Las cargas eléctricas no son la única fuente de interacción electrostática. La polaridad es una propiedad de ciertas moléculas y consiste en una distribución asimétrica de cargas dentro de la molécula, creándose zonas de signo contrario. El término dipolo hace referencia a esta asimetría de cargas. Existen interacciones dipolo-dipolo o dipolo-carga basadas en las mismas leyes físicas que las interacciones electrostáticas pero de menor energía. El agua es el mejor ejemplo de molécula polar. El átomo de oxígeno, por su electronegatividad, atrae a los electrones de la molécula de agua creando una zona cargada negativamente y dejando a los dos hidrógenos en un ambiente con carga positiva. Esta propiedad es la que hace del agua una sustancia con características únicas y la dota de la capacidad de establecer puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno no son exclusivos del agua. Los puentes de hidrógeno son una de las interacciones fundamentales para explicar el plegamiento y la estabilidad de las proteínas y del ADN. Las interacciones responsables de la estabilización de estructuras como las hélices alfa y las láminas beta son también puentes de hidrógeno. Se llaman así porque es el hidrógeno el que se sitúa entre dos átomos electronegativos haciendo de puente entre ellos. Pero, para que se origine un puente de hidrógeno, se necesita además una orientación muy precisa entre los átomos que lo forman. En las hélices alfa y en las láminas beta el número de puentes de hidrógeno es elevado. Por eso, a pesar de ser interacciones débiles si se consideran aisladamente, la sinergia entre todas ellas consigue que ambas estructuras sean estables. En las hélices alfa y en las láminas beta los puentes de hidrógeno se establecen entre los grupos C=O y H-N de los enlaces peptídicos. La naturaleza polar o apolar de las cadenas laterales de los aminoácidos que forman las hélices alfa y las láminas beta determina si van a estar expuestas o no al agua. Otro tipo de interacción débil son las fuerzas de van der Waals. Esta interacción es el resultado del equilibrio de dos interacciones electrostáticas opuestas. El componente atractivo depende de la capacidad de una molécula no polar de adquirir polaridad debido a una distribución temporal asimétrica de sus electrones por fluctuaciones aleatorias. Si existen dos moléculas polarizables suficientemente cerca, la polarización de una puede inducir la polarización de la otra, de forma que la parte positiva atraiga a la negativa y viceversa, la situación se podría asemejar a dos imanes atrayéndose. Esta atracción se ve frenada por fuerzas repulsivas, también de origen eléctrico, ante la cercanía de los electrones de las dos moléculas. Existe por tanto una distancia determinada, según el tipo de átomos que forma la molécula, en que estas dos fuerzas se equilibran. Las interacciones hidrofóbicas son uno de los principales factores de estabilidad de las proteínas y del ADN. Los aminoácidos con cadenas laterales no polares evitan el agua y tienden a localizarse en el interior de la proteína interactuando unos con otros para aumentar la estabilidad de la molécula. En general en las proteínas citosólicas los aminoácidos apolares se disponen con sus cadenas laterales hacia el interior y los aminoácidos polares se exponen al agua formando puentes de hidrógeno. Las interacciones hidrofóbicas son débiles individualmente, pero sumadas en conjunto constituyen el “core” (núcleo) de la proteína que es muy estable. Sobre este “core” se van a disponer las partes de la proteína formadas por aminoácidos polares que sí pueden interaccionar con el agua.
Bibliografía