Estudio de la dinámica de macromoléculas articuladas.

Abstract

Uno de los objetivos más importantes de la Química Física Biológica, o Bioquímica Física, es determinar la estructura de las macromoléculas biológicas, ya que es dicha estructura la que determina su función. Muchas de las macromoléculas biológicas son esencialmente rígidas en el sentido de presentar una única conformación. Para ellas se ha desarrollado una teoría hidrodinámica bastante satisfactoria, que aparece descrita con detalle en la revisión de García de la Torre y Bloomfieid '. Sin embargo, existen también una serie de macromoléculas, como el ácido ribonucleico de transferencia, la miosina y las inmunoglobulinas, que poseen cierto número de fragmentos totalmente rígidos que están conectados entre sí mediante articulaciones más o menos flexibles. Estas articulaciones se comportan como regiones «blandas» de la macromolécula, y en muchos casos son susceptibles de ataque enzimático. Estas macromoléculas son las llamadas «articuladas» y resulta entonces que la función biológica de las macromoléculas de este tipo está determinada por la flexibilidad parcial de las articulaciones. Como en el caso de macromoléculas rígidas, es posible caracterizar la flexibilidad de las articulaciones mediante el análisis de propiedades hidrodinámicas. De hecho, durante los últimos años se han desarrollado una serie de estudios encaminados a este fin. Harvey (2, 3) trató el caso de un único grado de libertad de flexión en una macromolécula formada por dos fragmentos o subunidades. Wegener y col. (4) presentó un formalismo más ambicioso para macromoléculas compuestas por un número cualquiera de subunidades que luego fue aplicado a una macromolécula concreta Wegener (5). El defecto de todos estos trabajos es que no tuvieron en cuenta la interacción hidrodinámica entre las dos subunidades. Resultaba necesaria, entonces, una teoría similar a la ya desarrollada para macromoléculas rígidas (García de la Torre y Bloomfíeld (1); García Bernal y García de la Torre (6), en la que cada una de las subunidades se modelase como un conjunto de elementos esféricos de fricción, de manera que la interacción hidrodinámica se pudiera introducir mediante los métodos usuales. Recientemente, Wegener (7) dio un paso importante en esta dirección, calculando los coeficientes de fricción y difusión para modelos de varilla articulada, formada por dos brazos cilindricos idénticos. Nuestro objetivo consistió en introducir la interacción hidrodinámica en el formalismo de Harvey, que nos parece más adecuado para estudiar la dinámica específica de la articulación separadamente de la dinámica global de la macromolécula. Partiendo de la teoría de macromoléculas rígidas, hemos incluido en ella, junto a los seis grados de libertad de traslación y rotación global, otros tres grados que corresponden a la flexión de las dos subunidades y a la torsión de cada una de ellas. Para ilustrar los efectos de interacción hidrodinámica (comparativamente respecto a los formalismos que no la consideran), hemos elaborado con detalle el problema sencillo de un modelo de tres esferas, en el que una actúa como articulación y las otras dos representan a las subunidades móviles.