Crowding macromolecular

El fenomen de crowding macromolecular altera les propietats de molècules dissoltes quan estan presents altes concentracions d'atres macromolécula en la mateixa solució. Estes condicions s'observen rutinariamente en les cèlules. Per eixemple, el citosol de Escherichia coli té una densitat entre 300 i 400 mg/ml d'macromolécula. L'efecte de crowding ocorre perque eixa alta concentració d'macromolécula reduïx el volum de solvent disponible per a les demés molècules en solució, lo que provoca que aumenten les seues concentracions efectives.

L'efecte de crowding pot fer que les molècules en les cèlules es comporten de manera radicalment diferent a com ho fan en els tubos d'ensaig. En conseqüència, les mides de les propietats de les enzimes o dels processos metabòlics que es realisen en el laboratori en solucions diluïdes poden diferir en varis órdens de magnitut dels seus valors reals observables en cèlules vives. L'estudi dels processos bioquímics baix condicions "crowded" és molt important, ya que estes condicions són omnipresents en totes les cèlules i l'efecte podria ser essencial per a l'eficient operació del metabolisme.

Causa i efectes

L'interior de les cèlules és un espai atestat de molècules. Per eixemple, les cèlules de Escherichia coli poden contindre en un volum de 0,7 a 0,6 μm³ més de 4288 proteïnes diferents i prop de 1000 d'alguna d'estes es produïx en cantitat suficient com per a poder ser fàcilment detectades. A estes proteïnes cal sumar-los, vàries formes de ARN i el cromosoma de ADN de la cèlula, donant una concentració d'macromolécula que oscila entre els 300 a 400 mg/ml. En les cèlules eucariota, l'interior es troba encara més atestatado ya que cal sumar-los els filaments de proteïnes que conformen el citoesquelet. Eixe entramat de filaments dividix al citosol en una ret tridimensional de poros estrets.

Estes elevades concentracions d'macromolécula ocupen una gran proporció del volum de la cèlula, reduint el volum disponible per a les molècules restants. Este efecte de volum exclós incrementa les concentracions efectives de les macromolécula (aumentant la seua activitat), que a la seua volta altera la velocitat i les constants d'equilibri de les reaccions en les que estes es troben involucrades. En particular, este efecte altera les constants de dissociació, favorint l'associació d'macromolécula. Açò pot observar-se quan múltiples proteïnes s'associen per a formar complexos proteics o quan les proteïnes d'enllaç a ADN s'enllacen al seu objectiu en el genoma. L'efecte també pot afectar reaccions enzimàtiques que involucren menudes molècules si la reacció provoca un gran canvi en la forma de l'enzima.

La magnitut de l'efecte de crowding depén tant de la massa molecular com de l'estructura de la molècula, a pesar de que la massa sembla ser l'efecte de major importància. Notablement, l'efecte del tamany no és llineal, per lo que les macromolécula són més afectades que les molècules menudes (com a aminoàcits, o sucres simples). El crowding macromolecular és llavors un efecte que s'eixercix per macromolécula sobre les propietats d'atres macromolécula.

Importància

El crowding macromolecular és un efecte important en bioquímica i biologia celular. Per eixemple, l'increment de la força de les interaccions entre proteïnes i ADN produïdes per l'efecte podria ser de vital importància en processos com la transcripció i replicació de el ADN. L'efecte també es pensa que està involucrat en processos tan diversos com l'agregació d'hemoglobina en la anèmia de cèlules falciformes i les respostes de cèlules a canvis de volum.

L'importància del crowding en el plegament de les proteïnes és de particular interés en la biofísica. Ací, l'efecte de crowding pot accelerar el procés de plegament, degut a que una proteïna plegada compacta ocupa menys volum que una desplegada. No obstant, l'efecte podria reduir el rendiment de plegament correcte en incrementar la provabilitat d'agregació. L'efecte podria també incrementar l'efectivitat de les proteïnes chaperonas, que podrien contrarrestar estes ineficiències en el plegament.