È un presupposto di vecchia data che la presenza di acqua influenzi il modo in cui le proteine ​​si ripiegano. Un nuovo studio sta mettendo in discussione i dettagli.

Un documento dell'American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry Letters mostra che le proteine ​​che presumibilmente si sono evolute per evitare l'acqua mentre si ripiegano possono effettivamente comportarsi in modi che gli scienziati non avevano previsto.

Questa scoperta potrebbe cambiare il modo in cui gli scienziati pensano alle interazioni idrofobe (che evitano l'acqua) e idrofile (che attirano l'acqua) nelle soluzioni, secondo un ingegnere della Rice University.

I collaboratori delle università Rice e Tulane e della Johns Hopkins University School of Medicine hanno creato modelli a livello di atomo di polipeptidi che hanno mostrato che il ripiegamento è influenzato anche dall'espansione termica dei solventi che occupano, ma non in modi che corrispondano alle ipotesi precedenti.

L'opinione di lunga data è che gli amminoacidi idrofobici, che evitano l'acqua unendosi nel modo più efficiente possibile, sono una forza dominante nel ripiegamento delle proteine, disse Dilip Asthagiri, un professore di ricerca associato di ingegneria chimica e biomolecolare presso la Brown School of Engineering di Rice.

Il nuovo studio mostra la temperatura, un fattore non sempre incluso nei modelli di ripiegamento delle proteine, influenza anche il fenomeno. Ciò dovrebbe richiedere una rivalutazione di come si stabilizzano le proteine ​​che si ripiegano in una soluzione, secondo i ricercatori.

"Ci sono molte proteine ​​intrinsecamente disordinate che non si ripiegano affatto, " Ha detto Asthagiri. "Un modo in cui il non-folding è stato razionalizzato è stato quello di guardare all'equilibrio dei gruppi idrofobici e dei gruppi carichi e, supponendo che quest'ultimo domini, concludere che il polipeptide non si ripiega.

"Abbiamo dimostrato nel 2017 che in un modello di un peptide intrinsecamente disordinato che non ha catene laterali, gli effetti idrofili possono infatti sopraffare il collasso guidato dagli ancora sostanziali effetti idrofobici e guidare lo sviluppo, anche in assenza di residui carichi, " ha detto. "Quello studio e quello pubblicato all'inizio del 2016 hanno evidenziato il ruolo degli effetti idrofilici. Ma non abbiamo considerato gli effetti della temperatura".

Quindi il team guidato da Asthagiri ha deciso di modellare esattamente come i polipeptidi, una classificazione che includa le proteine ​​nei sistemi biologici, si piegano e si aprono mentre si collegano con l'acqua a varie temperature.

Quando i ricercatori hanno calcolato l'energia libera di una sequenza di peptidi deca-alanina idratata, insieme alle sue catene laterali, hanno scoperto che anche le forze di attrazione tra il solvente e il peptide giocano un ruolo, in particolare quando è coinvolto più di un peptide.

Hanno scoperto che negli intervalli di temperatura che hanno modellato, la matrice di solvente attorno ai polipeptidi si espande quando riscaldata, diminuendo la popolazione di molecole di solvente che sono intorno e in contatto con i peptidi. Ciò può rendere meno favorevoli le interazioni di legame tra il solvente e i peptidi.

Hanno notato che l'effetto è minore per le piccole molecole in un solvente, ma amplificato per peptidi e proteine ​​più grandi. Hanno anche detto che la teoria suggerisce che gli effetti idrofili possono contribuire alla denaturazione, o dispiegarsi, di proteine ​​in soluzioni fredde.

"L'ambiente della soluzione contribuisce in modo importante alla struttura delle proteine, " ha detto l'ingegnere chimico Tulane e autore corrispondente Lawrence Pratt, un mentore di lunga data di Asthagiri. "Tutto ciò che fa la soluzione, compresa l'acqua, ha a che fare con il modo in cui queste proteine ​​si assemblano e le funzioni che svolgono".

Ha affermato che gli effetti idrofobici nel ripiegamento delle proteine ​​sono stati riconosciuti dagli anni '40. "È una cosa piuttosto complicata, anche se, perché ha insolite dipendenze dalla temperatura, " disse Pratt. "Sai, le cose vivono o muoiono se cambi le temperature.

"Alcuni effetti idrofobici diventano più forti quando si alza la temperatura, così le cose diventano più stabili, " ha detto. "Ma Dilip mostra che questo aumento di forza con l'aumento della temperatura può provenire da altri luoghi, compresi gli effetti che tutti i chimici direbbero idrofili.

"Entrano in gioco sia gli effetti idrofobici che quelli idrofili, " ha detto. "E sono in competizione, e stanno collaborando. E quindi essere in grado di distinguerli individualmente in modo molto convincente è un grande passo avanti per risolvere tutto questo comportamento".