Entropía conformacional

En la termodinámica química, la entropía conformacional es la entropía asociada al número de conformaciones de una molécula. Este concepto se aplica con mayor frecuencia en macromoléculas como las proteínas y el ARN, pero también se utiliza con polisacáridos y otras moléculas. Para calcular la entropía conformacional, las posibles conformaciones de la molécula pueden discretizarse primero en un número finito de estados, caracterizados normalmente por combinaciones únicas de ciertos parámetros estructurales, a cada uno de los cuales se le asocia una energía. En las proteínas, se suelen utilizar con parámetros de ángulos diedros de la cadena principal y los rotámetros de las cadenas laterales, y en el ARN se puede utilizar el patrón de emparejamiento de bases. Estas características se utilizan para definir los grados de libertad (en el sentido de la mecánica estadística de un posible «microestado»). La entropía conformacional asociada a una estructura o estado concreto, como una hélice alfa o una estructura proteica plegada o desplegada, depende entonces de la probabilidad de ocupación de dicha estructura.

La entropía de las proteínas en forma de hélice, aleatoria y heterogénea, o desnaturalizadas, es significativamente mayor que la de la estructura terciaria de su estado nativo plegado. En concreto, se cree que la entropía conformacional de las cadenas laterales de los aminoácidos de una proteína contribuye de manera significativa a la estabilización energética del estado desnaturalizado y, por lo tanto, supone una barrera para el plegamiento proteico.^[1]Sin embargo, un estudio reciente ha demostrado que la entropía conformacional de las cadenas laterales puede estabilizar las estructuras nativas entre estructuras compactas alternativas.^[2]La entropía conformacional del ARN y las proteínas puede estimarse; por ejemplo, los métodos empíricos para estimar la pérdida de entropía conformacional en una cadena lateral concreta al incorporarse a una proteína plegada pueden predecir aproximadamente los efectos de mutaciones puntuales concretas en una proteína. Las entropías conformacional de las cadenas laterales puede definirse como un muestreo de Boltzmann sobre todo los estados rotaméricos posibles:^[3]

$${\displaystyle S=-R\sum _{i}p_{i}\ln p_{i}}$$ donde:

• ${\displaystyle S}$ es la entropía del sistema,
• ${\displaystyle R}$ es la constante de los gases,
• ${\displaystyle p_{i}}$ es la probabilidad del microestado ${\displaystyle i}$,
• ${\displaystyle \ln }$ denota el logaritmo natural,
• ${\displaystyle \sum _{i}}$ indica la suma sobre todos los microestados posibles.^[3]

El rango conformacional limitado de los residuos de prolina reduce la entropía conformacional del estado desnaturalizado y, por lo tanto, estabiliza los estados nativos. Se ha observado una correlación entre la termoestabilidad de una proteína y su contenido en residuos de prolina^[4]