Ponte salina (proteínas e supramolecular)

[miniatura|300px|**Figura 1.** Exemplo de ponte salina entre os aminoácidos [ácido glutámico e lisina mostrando unha interacción electrostática e un enlace de hidróxeno.]]
En química de proteínas e supramolecular, unha **ponte salina** é unha combinación de dúas interaccións non covalentes: un enlace de hidróxeno e un enlace iónico (Figura 1). Isto obsérvase principalmente nas proteínas, nas que contribúe á estabilidade dunha conformación de pregamento entropicamente desfavorable. Aínda que as interaccións non covalentes son relativamente débiles, pequenas interaccións estabilizantes poden sumar os seus efectos e supoñer unha importante contribución á estabilidade global dun confórmero. As pontes salinas non se encontran só en proteínas, senón que poden tamén encontrarse en quimica supramolecular.  A termodinámica de cada un dos casos pode investigarse por procedementos experimentais para avaliar a contribución da ponte salina á enerxía libre global do estado.

## Pontes salinas en proteínas 
[miniatura|300px|**Figura 2.** Tipo silvestre (esquerda) e forma mutada (dereita) da [lamina A (LMNA, PDB: 1IFR). Normalmente, a arxinina 527 (azul) forma unha ponte salina co glutamato 537 (maxenta), pero a mutación R527L causa a perda da carga negativa complementaria e a desestabilización da estrutura. A nivel fenotípico isto maniféstase como unha displasia mandibuloacral solapante e unha síndrome de proxeria.]]
A ponte salina a miúdo orixínase a partir do carboxilato aniónico (RCOO−) do ácido aspártico ou ácido glutámico e o amonio catiónico (RNH3+) a partir da lisina ou o guanidinio (RNHC(NH2)2+) da arxinina (Figura 2). Debido ás numerosas cadeas laterais ionizables de aminoácidos que se encontran por toda a proteína, o pH no cal a proteína se sitúa é crucial para a súa estabilidade.

## Métodos para cuantificar a estabilidade das pontes salinas 
[miniatura|200px|**Figura 3.** Unha ponte salina no [lisozima T4 entre o ácido aspártico (Asp) do residuo 70 e a histidina do residuo 31]]
A contribución dunha ponte salina á estabilidade global do estado pregado dunha proteína pode estimarse por medio de datos termodinámicos obtidos en estudos de mutaxénese e técnicas de resonancia magnética nuclear.  Usando unha proteína mutada de tipo pseudosilvestre que foi especificamente mutada para impedir a súa precipitación a altos pH, a contribución da ponte salina á enerxía libre global do estado pregado da proteína pode determinarse realizando unha mutación puntual, que altera e, en consecuencia, rompe a ponte salina. Por exemplo, identificouse unha ponte salina no lisozima T4 entre o ácido aspártico (Asp) no residuo 70 e unha histidina (His) no residuo 31 (Figura 3). Fíxose unha mutaxénese dirixida a sitio con asparaxina (Asn) (Figura 4) obtendo tres novos mutantes: Asp70Asn His31 (Mutante 1), Asp70 His31Asn (Mutante 2), e Asp70Asn His31Asn (Dobre Mutante).
miniatura|300px|esquerda|**Figura 4.** Mutaxénese da ponte salina do lisozima T4 entre o Asp 70 e a His 31
Unha vez que se estableceron os mutantes, poden empregarse dous métodos para calcular a enerxía libre asociada cunha ponte salina. Un método implica a observación da temperatura de fusión do tipo salvaxe fronte á dos tres mutantes. A desnaturalización pode ser monitorizada por medio do cambio no dicroísmo circular. Unha redución na temperatura de fusión indica unha redución na estabilidade. Isto está cuantificado por un método descrito por Becktel e Schellman, no que a diferenza de enerxía libre entre os dous é calculada por medio de Δ*T*Δ*S*. No exemplo do lisozima T4, o Δ*S* do tipo pseudosilvestre fora previamente obtido a pH 5,5, polo que a diferenza de temperatura no punto medio de 11&nbsp;°C a ese pH multiplicada polo Δ*S* obtido de 360 cal/(mol·K) (1,5 kJ/(mol·K)) dá un cambio de enerxía libre duns −4 kcal/mol (−17 kJ/mol). Este valor corresponde á cantidade de enerxía libre coa que a ponte salina contribúe á estabilidade da proteína.

[miniatura|260px|**Figura 5.** Curva de titración ou titulación entre o [tipo salvaxe (azul) e o mutante (vermello)]]
O segundo método utiliza espectroscopia de resonancia magnética nuclear para calcular a enerxía libre da ponte salina. Realízase unha titración ou titulación, mentres se rexistra o cambio químico correspondente aos protóns do carbono adxacente ao grupo carboxilato ou grupo amonio. O punto medio da curva de titración corresponde ao p*K*a, ou o pH no que a proporción de moléculas protonadas:desprotonadas é 1:1. Continuando co exemplo do lisozima T4, obtense unha curva de titración pola observación dun cambio no protón C2 da histidina 31 (Figura 5). A Figura 5 mostra o cambio na curva de tritración entre o tipo silvestre e o mutante no cal o Asp70 é Asn. A ponte salina formada está entre o Asp70 desprotonado e a His31 protonada. Esta interacción causa o cambio observado no p*K*a da His31. Na proteína de tipo silvestre non pregada, na que non hai ponte salina, a His31 ten un p*K*a de 6,8 en tampóns de H2O de forza iónica moderada. A Figura 5 mostra un p*K*a do tipo silvestre de 9,05. Esta diferenza no p*K*a débese á interacción da His31 co Asp70. Para que se manteña a ponte salina, a His31 terá que reter o seu protón tanto como sexa posible. Cando se altera a ponte salina, como ocorre no mutante D70N, o p*K*a baixa ao valor 6,9, moito máis próximo ao da His31 no estado non pregado.

A diferenza en p*K*a pode cuantificarse para reflectir a contribución da ponte salina á enerxía libre. Usando a enerxía libre de Gibbs:
Δ*G*&nbsp;= −*RT*&nbsp;ln(*K*eq), onde *R* é a constante universal dos gases, *T* é a temperatura en kelvins, e *K*eq é a constante de equilibrio dunha reacción en equilibrio. A desprotonación da His31 é unha reacción de equilibrio de ácido cunha *K*eq especial coñecida como constante de disociación de ácido, *K*a:

His31-H+  His31 + H+.

O p*K*a é despois relacionado coa *K*a da seguinte maneira:  p*K*a = −log(*K*a). A diferenza do cálculo da enerxía libre do mutante e o tipo silvestre pode agora facerse usando a ecuación de enerxía libre, a definición de p*K*a, os valores de p*K*a observados, e a relación entre os logaritmos naturais (neperianos) e os logaritmos de base 10. No exemplo do lisozima T4, isto dá unha contribución calculada duns 3 kcal/mol á enerxía libre global. A altas forzas iónicas, a ponte salina pode quedar completamente enmascarada se está implicada unha interacción electrostática. A ponte salina His31-Asp70 no lisozima T4 está enterrada no interior da proteína. A entropía é moi importante nas pontes salinas de superficie, nas que os residuos que normalmente teñen a capacidade de moverse están restrinxidos pola súa interacción electrostática e pontes de hidróxeno. Isto diminúe a entropía dabondo como para que case borre a contribución da interacción. As pontes salinas de superficie poden ser estudadas de maneira similar á das pontes salinas enterradas, empregando ciclos de dobres mutantes e titracións RMN. Aínda que existen casos nos que as pontes salinas enterradas contribúen á estabilidade, hai tamén excepcións nas que as pontes salinas enterradas poden mostrar un efecto desestabilizador. Esta cápsula está constituída por dúas metades, como un ovo de Páscua de plástico (Figura 6). As interaccións das pontes salinas entre as dúas metades causan que estas se autoensamblen en solución (Figura 7). Son estables incluso cando se quentan a 60&nbsp;°C.

### Polímeros de dobre hélice 
Yashima e colaboradores utilizaron pontes salinas para construír varios polímeros que adoptan unha conformación en dobre hélice similar ao ADN. Nun exemplo, incorporaron platino para crear un metalopolímero de dobre hélice. Empezando cos seus monómeros e platino(II) bifenilo (Figura 8), os seus metalopolímeros autoensambláronse por medio dunha serie de reaccións de intercambio de ligando. As dúas metades do monómero están ancoradas por medio da ponte salina entre o carboxilato desprotonado e os nitróxenos protonados.

miniatura|500px|centro|**Figura 8.** Autoensamblaxe dun metalopolímero de dobre hélice.

## Notas