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 Escalas de hidrofobicidad son valores que definen hidrofobicidad relativa de residuos de aminoácidos. Cuanto más positivo es el valor, más hidrófobo son los aminoácidos localizados en esa región de la proteína. Estas escalas se utilizan comúnmente para predecir la transmembrana de alfa-hélices de proteínas de membrana. Cuando se mide consecutivamente aminoácidos de una proteína, cambios en el valor indican la atracción de las regiones de proteínas específicas hacia la región hidrófoba interior de bicapa lipídica.

La hidrofobicidad y el efecto hidrófobo

El efecto hidrófobo representa la tendencia del agua a excluir moléculas no polares. El efecto se origina a partir de la ruptura de los enlaces de hidrógeno altamente dinámicas entre moléculas de agua líquida. Grupos químicos polares, tales como grupo OH en metanol no causan el efecto hidrófobo. Sin embargo, una molécula de hidrocarburo puro, por ejemplo hexano, no puede aceptar o donar enlaces de hidrógeno con el agua. Introducción de hexano en el agua provoca la interrupción de la red de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno son parcialmente reconstruidos mediante la construcción de un agua "jaula" alrededor de la molécula de hexano, similar a la de hidratos de clatrato formadas a temperaturas más bajas. La movilidad de las moléculas de agua en la "jaula" está fuertemente restringida. Esto conduce a pérdidas significativas en la entropía traslacional y rotacional de las moléculas de agua y hace que el proceso desfavorable en términos de energía libre del sistema.

Tipos de escalas de hidrofobicidad de aminoácidos

Se han desarrollado un número de diferentes escalas de hidrofobia.

Existen claras diferencias entre las cuatro escalas que se muestran en la tabla. Tanto las escalas segundo y cuarto lugar cisteína como el residuo más hidrofóbica, a diferencia de las otras dos escalas. Esta diferencia se debe a los diferentes métodos utilizados para medir la hidrofobicidad. El método utilizado para obtener el Janin y Rose et al. escalas fue examinar las proteínas con estructuras 3-D conocidos y definir el carácter hidrófobo como la tendencia de un residuo que se encuentran en el interior de una proteína en lugar de en su superficie. Dado que las formas de cisteína enlaces disulfuro que deben ocurrir dentro de una estructura globular, la cisteína es considerado como el más hidrofóbico. Las primera y tercera escalas se derivan de las propiedades físico-químicas de las cadenas laterales de los aminoácidos. Estas escalas se genera principalmente por la inspección de las estructuras de aminoácidos. Biswas et al., Divide las escalas basadas en el método utilizado para obtener la escala en cinco categorías diferentes.

Métodos de particionamiento

El método más común de medir la hidrofobicidad de aminoácidos es el particionamiento entre dos fases líquidas inmiscibles. Los diferentes disolventes orgánicos son los más ampliamente utilizados para imitar el interior proteína. Sin embargo, los disolventes orgánicos son un poco miscible con agua y las características de ambas fases cambian por lo que es difícil de obtener escala de hidrofobicidad pura. Nozaki y Tanford propusieron la primera escala de hidrofobicidad importante durante nueve aminoácidos. El etanol y el dioxano se utilizan como los disolventes orgánicos y se calculó la energía libre de la transferencia de cada aminoácido. No fases líquidas también se pueden utilizar con métodos de partición, tales como fases micelares y fases de vapor. Dos escalas se han desarrollado utilizando fases micelares. Fendler et al. mide la partición de 14 aminoácidos marcados radiactivamente utilizando micelas sodio dodecil sulfato. Además, se midió la afinidad de aminoácidos de cadena lateral para el agua usando fases de vapor. Fases de vapor representan las fases más sencillas no polares, ya que no tiene interacción con el soluto. El potencial de hidratación y su correlación con la aparición de los aminoácidos en la superficie de las proteínas se estudió por Wolfenden. Las fases acuosa y el polímero se utilizaron en el desarrollo de una nueva escala de partición. Métodos de particionamiento tienen muchos inconvenientes. En primer lugar, es difícil para imitar el interior proteína. Además, el papel de solvatación auto facilita el uso de aminoácidos libres muy difíciles. Por otra parte, los enlaces de hidrógeno que se pierden en la transferencia a los disolventes orgánicos no se reforman pero a menudo en el interior de la proteína.

Métodos accesibles de superficie

Escalas de hidrofobicidad también se pueden obtener mediante el cálculo de las superficies accesibles al disolvente para los residuos de aminoácidos en la cadena polipeptídica gastado o en hélice alfa y multiplicando las áreas de superficie por los parámetros de solvatación empíricos para los correspondientes tipos de átomos. Se construyó una superficie accesible escala de hidrofobicidad área disolvente diferencial basado en proteínas como las redes compactadas cerca de un punto crítico, debido a la auto-organización de la evolución, basada en el comportamiento de ley de potencia asintótica. Esta escala se basa en un estudio bioinformático de 5.526 estructuras de alta resolución del Banco de Datos de Proteínas. Esta escala diferencial tiene dos ventajas comparativas: es especialmente útil para el tratamiento de los cambios en las interacciones proteína-agua que son demasiado pequeños para ser accesible a los cálculos de campos de fuerza convencionales, y para estructuras homólogas, que puede producir correlaciones con cambios en las propiedades de las mutaciones en las secuencias de aminoácidos por sí solos, sin la determinación de los cambios estructurales correspondientes, ya sea in vitro o in vivo.

Los métodos cromatográficos

Cromatografía líquida de fase inversa es el método cromatográfico más importante para medir la hidrofobicidad soluto. La fase estacionaria no polar imita las membranas biológicas. El uso de péptidos tiene muchas ventajas porque la partición no se extiende por los cargos terminales en RPLC. Además, la formación de estructuras secundarias se evita por demandar secuencia de péptidos cortos. La derivatización de los aminoácidos es necesaria para facilitar su separación en una fase ligada C18. Otra escala se había desarrollado en 1971 y se utiliza la retención del péptido en gel hidrófilo. 1-butanol y piridina se utilizaron como la fase móvil en esta escala particular, y la glicina se utilizó como el valor de referencia. Pliska y sus cowrkers usado cromatografía en capa fina para relacionar los valores de movilidad de los aminoácidos libres a sus hidrofobicidades. Hace aproximadamente una década, se publicó otra escala hidrofilicidad, esta escala utiliza cromatografía líquida en fase normal y mostró la retención de 121 péptidos en una columna de amida 80. Los valores absolutos y las clasificaciones relativas de hidrofobicidad determinados por métodos cromatográficos pueden ser afectados por una serie de parámetros. Estos parámetros incluyen el área de superficie de sílice y el diámetro de poro, la elección y el pH del tampón acuoso, la temperatura y la densidad de la unión de las cadenas de la fase estacionaria.

Mutagénesis dirigida al sitio

Este uso de la tecnología de ADN recombinante método y da una medida real de la estabilidad de la proteína. En sus estudios de mutagénesis dirigida sitio detalladas, Utani y sus colaboradores sustituyeron 19 aminoácidos en Trp49 del triptófano sintetasa y miden la energía libre de desarrollo. Curiosamente, se encontró que el aumento de la estabilidad es directamente proporcional al aumento de la hidrofobicidad hasta un cierto límite de tamaño. La principal desventaja de sitio de mutagénesis dirigida método es que no todos los aminoácidos de origen natural 20 pueden sustituir a un único residuo en una proteína. Por otra parte, estos métodos tienen problemas de costos y es útil solamente para la medición de la estabilidad de proteínas.

Métodos propiedades físicas

Las escalas de hidrofobia desarrollados por métodos propiedades físicas se basan en la medición de propiedades físicas diferentes. Los ejemplos incluyen, capacidad parcial molar de calor, temperatura de transición y la tensión superficial. Los métodos físicos son fáciles de usar y flexible en términos de soluto. La escala de hidrofobicidad más popular fue desarrollado por la medición de los valores de tensión superficial para los de origen natural 20 aminoácidos en solución de NaCl. Los principales inconvenientes de las mediciones de tensión superficial es que los enlaces de hidrógeno rotos y los grupos cargados neutralizados permanecen en la interfaz aire solución. Otro método implica la medición de la propiedad física de la energía libre de solvatación. La energía libre de solvatación se calcula como un producto de una accesibilidad de un átomo al disolvente y un parámetro de solvatación atómica. Los resultados indican que la energía libre de solvatación disminuye en un promedio de 1 Kcal/residuos al plegado.

Aplicaciones recientes

Palliser y Parry han examinado sobre 100 escalas y descubierto que pueden usarlos para la localización de B-capítulos en la superficie de las proteínas. Escalas de hidrofobicidad también se utilizaron para predecir la preservación del código genético. Trinquier observó un nuevo orden de las bases que reflejan mejor el carácter conservado del código genético. Creyeron nueva ordenación de las bases fue uracilo-guanina-citosina-adeninebetter refleja el carácter conservado del código genético en comparación con la UCAG ordenar comúnmente visto.

Escalas de hidrofobicidad de residuos enteros Wimley-Blanco

Las escalas de hidrofobia de residuos enteros Wimley-White son importantes por dos razones. En primer lugar, se incluyen las contribuciones de los enlaces peptídicos, así como las cadenas laterales, proporcionando valores absolutos. En segundo lugar, que se basan en valores directos, determinado experimentalmente para la transferencia de las energías libres de los polipéptidos. Dos escalas de hidrofobia todo-de residuos se han medido: Uno para la transferencia de cadenas desplegada a partir de agua a la interfaz de bicapa y uno para la transferencia de cadenas desplegadas en octanol, que es relevante para el núcleo de hidrocarburo de una bicapa. La página web Blanco H. Stephen proporciona un ejemplo de enteros escalas de hidrofobia de residuos que muestran la energía libre de transferencia? G desde agua a la interfaz de POPC y para el n-octanol. Estas dos escalas se utilizan en conjunto para hacer que todo residuo hydropathy parcelas. La trama hydropathy construyen utilizando Gwoct -? Gwif muestra picos favorables en la escala absoluta que corresponden a las hélices TM conocidos. Por lo tanto, todo el residuo diagramas de hidropatía demostraron el hecho de que los segmentos de transmembrana prefieren una ubicación transmembrana en lugar de una superficie de uno.