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Científicos del IQFR y de la UCLM han publicado la caracterización mediante la RMN de una proteína anticongelante con estructura de manojo de hélices tipo poliprolina II estabilizadas por enlaces de hidrógeno Cα-H ||| O=C.

Las proteínas son extraordinarios catalizadores bioquímicos así como materiales estructurales. Las complejas estructuras de las proteínas se basan en tres tipos de “bloques de construcción”: hélices-α, hebras-β y hélices de poliprolina tipo II. Mientras que las bases que controlan la formación de los dos primeros elementos son entendidas en profundidad, hasta el punto que es posible diseñarlas de novo, nuestro conocimiento de la estabilidad y plegamiento de las hélices PPII es mucho más reducido. Esto es importante porque el colágeno se estructura en hélices PPII y éste es la principal proteína en ligamentos y huesos. Además se cree que hay hélices PPII transitorias en las proteínas intrínsecamente desestructuradas y que pueden ser clave para la formación de fibras amiloides y otros procesos tanto patológicos como fisiológicos.

La proteína anticongelante de la pulga de la nieve (sfAFP), que consiste en un manojo de seis hélices PPII, es un sistema modelo muy atractivo para estudiar estas cuestiones. Hasta el momento los intentos de otros laboratorios de clonar y expresar en bacteria esta proteína han sido infructuosos pero nosotros hemos sido capaces de producir sfAFP recombinante marcada con 13C y 15N, lo que nos ha permitido su caracterización exhaustiva por espectroscopía de RMN.

Nuestros resultados revelan que la estructura en manojo de hélices PPII posee un conjunto único de desplazamientos químicos y acoplamientos J. A pesar del alto contenido (46%) de residuos de glicina (un residuo de Gly = -HN-CαH2-CO-), a priori muy flexibles, la proteína es sorprendentemente rígida y con una conformación estable. Los diferentes entornos magnéticos y químicos de los dos hidrógenos α de las glicinas y los cálculos usando la Teoría Funcional de Densidad (DFT) indican que 28 enlaces de hidrógeno CαH ||| O=C estabilizan a sfAFP. Además, las medidas de relajación por NMR así como los resultados obtenidos por filtración en gel, espectroscopía de masas y ultracentrifugación analítica muestran que sfAFP forma un dímero en disolución. Nuestro modelo estructural de dicho dímero indica que existen grupos hidrofóbos que quedan enterrados y que se forman enlaces de hidrógeno adicionales en la interfaz del dímero, lo que aporta una estabilización adicional. Además, este hecho podría explicar cómo la proteína protege la cara de interacción con el hielo contra agregaciones indeseadas. Todos estos resultados proporcionan las bases para entender la estabilidad de los manojos de hélices PPII e identificar este tipo de estructura en proteínas intrínsecamente desestructuradas y proteínas capaces de formar microgotas líquidas.

Referencia: Treviño MÁ, Pantoja-Uceda D, Menéndez M, Gomez MV, Mompeán M, Laurents DV. " The Singular NMR Fingerprint of a Polyproline II Helical Bundle " J Am Chem Soc. 2018 Nov 29. doi: 10.1021/jacs.8b05261.

 

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