La estructura tridimensional

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La estructura tridimensional
Como ya establecimos al principio del capítulo, la función de las proteínas, su eficiencia y especificidad de interacción dependen de la conformación que adoptan, es decir, de las contorsiones espontáneas de la cadena lineal de aminoácidos, en lo que se conoce como estructura terciaria o
conformación nativa. Una molécula típica de proteína consta de varios cientos de aminoácidos, por lo que constituye un complejísimo sistema con varios miles de átomos. La determinación experimental de la posición relativa de estos átomos en el espacio requirió el desarrollo y adaptación
de las técnicas de cristalografía de rayos X. La solución de la primera estructura de proteína tomó a Max Perutz más de 20 años. Hoy en día, la solución de una estructura nueva puede ocurrir en unos cuantos meses (o incluso días, en el contexto de los proyectos de alta eficiencia en la llamada
“genómica estructural”), pero sigue constituyendo un logro extraordinario, por la belleza de las técnicas y por la cantidad de información que rinde.
En los últimos años se ha logrado, asimismo, incorporar la técnica de resonancia magnética nuclear (NMR) al arsenal de herramientas para la determinación de estructuras proteicas. Producto de los esfuerzos de cristalógrafos y espectroscopistas, disponemos de varios miles de estructuras
tridimensionales independientes, con las que podemos realizar estudios comparativos y derivar nociones generales sobre la arquitectura de estas biomoléculas, así como acercarnos desde otra perspectiva al estudio de la evolución molecular.
Empecemos por describir, someramente, las características sobresalientes de las dos técnicas experimentales utilizadas para acercarse a la estructura tridimensional de biomoléculas, poniendo especial énfasis en sus cualidades complementarias y también en sus limitaciones.
La técnica de difracción de rayos X se fundamenta en la interacción de las moléculas en estudio con radiación electromagnética de longitud de onda suficientemente pequeña, para poder revelar los detalles de un objeto a nivel de resolución atómica. Esto se puede lograr siempre y cuando se consigan cristales verdaderos de los compuestos en estudio, en razón de que requerimos
una muestra con suficiente material para generar una señal detectable y debido a que la derivación de los datos necesita que las moléculas estén precisamente orientadas respecto al haz de rayos X. Un cristal cumple con estas características. La información presente en un conjunto de patrones
de difracción, colectados en diversas orientaciones del cristal, constituye el juego de datos básicos para la inferencia de la estructura. En este punto surgen dos importantes consideraciones respecto a la calidad de los datos: por una parte, hasta qué resolución fue posible colectar datos; y por
otra, qué tan completa fue la colección de estos datos. En un paso subsecuente, se requiere derivar las fases de cada reflexión, parámetros indispensables para la determinación de la estructura, y que no se pueden obtener directamente de los patrones de difracción. Este proceso puede ser difícil o
imposible, y normalmente involucra la obtención de derivados del cristal en los que se asocien unos pocos átomos pesados; sin embargo, en los casos en que se dispone de una estructura muy similar, se puede intentar la técnica de reemplazo molecular, en la que se utiliza la estructura previamente determinada como base para obtener las fases. En una etapa final, se construye un modelo molecular alrededor de la densidad electrónica experimental y se refina el modelo en un procedimiento recursivo. En este punto encontramos el otro elemento importante en la calidad de una estructura cristalográfica, el llamado factor R, que indica la adecuación del modelo a los datos experimentales. 
En términos generales, se puede considerar que la resolución atómica (en la que se distinguen claramente las formas y posiciones de las cadenas laterales de aminoácidos, se pueden medir distancias precisas, deducir puentes de hidrógeno, etc.) empieza alrededor de los 2 o 2.5 angstroms
y con un factor R de menos de 20%. La técnica de cristalografía de rayos X rinde información detallada y directa sobre la estructura y, aunque se obtiene a partir de condiciones que pueden ser alejadas de las fisiológicas (por ejemplo, presencia de cosolventes y precipitantes), se ha observado
por multitud de datos que refleja muy cercanamente la conformación biológicamente relevante.
En años más recientes, la espectroscopia de resonancia magnética nuclear ha podido emplearse para la deducción de estructuras macromoleculares.
Esta capacidad deriva de los avances en los equipos, con nuevas fuentes
de campo magnético que dependen de superconductores, así como de la
incrementada capacidad computacional para el control del experimento y
para la colección y procesamiento de los datos. Experimentos de NMR de
dos, tres y cuatro dimensiones (cada dimensión significa una condición
experimental dada), permiten la medición de distancias entre átomos (hi