Dicroismo circular

Dicroismo circular.

La teoría de dicroismo circular fue desarrollada por Biot y Fresnel (Neumann y Snatzke, 1990). Un rayo de luz polarizado en un plano puede considerarse formado por dos componentes polarizados circularmente, uno a la derecha y el otro a la izquierda. Estos componentes están en fase y son de la misma amplitud. Al pasar por un medio ópticamente activo, cada componente interactua de manera diferente con los centros quirales de las moléculas presentes. La interacción de la radiación con la muestra induce un desfasamiento y un cambio de magnitud diferenciales en ambos componentes cirularmente polarizados de la luz, y estos fenómenos provocan una rotación del plano de polarización en un ángulo a y la distorsión de este plano genera una elipse (Figura 7).

La rotación del plano y la diferente absorción de los componetes circularmente polarizados (dicroismo circular) varían de acuerdo con la longitud de onda, pudiéndose obtener espectros de estos fenómenos, esto es, gráficas de la rotación o elipticidad contra la longitud de onda. Los espectros de dicroismo circular se obtienen generalmente en las regiones del ultravioleta cercano (250 a 350 nm) y lejano (180 a 250 nm) de la radiación electromagnética. En la región del ultravioleta cercano, los cromóforos más importantes son los grupos aromáticos de las cadenas laterales de triptofano, tirosina, y fenilalanina. Ya que la asimetría en estos grupos químicos, se debe exclusivamente a su entorno y como los residuos aromáticos se encuentran distribuidos en toda la macromolécula, los espectros en esta región son un reflejo de la conformación global de la proteína. Además las señales en esta región son extremadamente sensibles a los cambios en la conformación.

Figura 7. Esquema de los componentes de un haz de luz plano-polarizado. (A) Se representan los vectores de los componentes del haz antes de llegar a la muestra. (B) Esos mismos vectores después de interactuar con los solutos de la muestra, fuera de fase. (C) Los mismos vectores cuando son absortos en forma diferencial.

Los espectros de dicroismo en la región del ultravioleta lejano, se deben principalmente a los enlaces amida que unen los residuos de los aminoácidos entre sí. La asimetría de estos cromóforos se debe al arreglo espacial de la cadena principal de la proteína, por lo cual, las señales de dicroismo circular se pueden interpretar en términos del contenido de estructura secundaria presentes, es decir, del porcentaje de residuos que se encuentran en alguna conformación estructural (hélices a, hojas b, giros y otros tipos estructurales).

Para realizar este análisis Hennessey y Johnson utilizaron, como base de datos, los espectros de un conjunto de proteínas cuya estructura tridimensional está bien determinada. A partir de estos espectros, se demostró que basta la combinación lineal de 5 espectros base, para describir a cada uno de los 16 espectros experimentales. Además, se determinó que a cada uno de los 5 espectros base puede asignarsele un contenido de estructura secundaria. El análisis del espectro de dicroismo circular de una proteína cualquiera consiste en encontrar la combinación lineal de los 5 espectros base que logra reproducir el perfil de la mejor manera posible del espectro experimental. Una vez logrado esto, y considerando que las señales son aditivas, se suma el producto del contenido de cada estructura secundaria de los espectos base por su coeficiente en la combinación lineal. Los resultados de esta adición representan la estimación experimental de los porcentajes de los residuos en cada una de las estructuras secundarias de la conformación de la proteína problema.

La principal fuente de error del método descrito se puede hallar en la base de datos, la cual debe ser representativa de la proteína a analizar y en que las señales obtenidas no son necesariamente aditivas. Por ejemplo, dos hélices de 6 residuos muestran un espectro diferente al de una hélice de 12 residuos, aun cuando en ambos casos el número de aminoácidos es el mismo. También la orientación relativa de las diferentes estructuras puede modificar las señales, así como la presencia de otros grupos cromóforos, tales como, los enlaces disulfuro, o los grupos aromáticos (Figura 7).

© Juan Antonio Lugo-Ríos, México, Julio de 1995.

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© Raúl Alva*, México, Marzo de 2001.
*Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, México.