¿Cómo calcular o saber experimentalmente la entropía de enzimas o proteínas?

En la práctica, al igual que los cálculos de energía, la entropía es un número relativo y difícil de obtener. La bioquímica y la química computacional han estado trabajando en este problema con un éxito mixto. El resumen de lo que voy a decir aquí es que cuando tratas de calcular las diferencias en entropía (o energía para el caso), las diferencias de energía libre de Gibbs en la mayoría de los procesos biológicos, como la unión enzima/sustrato, proteína/proteína o las interacciones proteína/ADN o el plegamiento de proteínas, etc. es tan pequeño en comparación con los errores en estos cálculos que los cálculos son difíciles de creer .

La entropía es, en última instancia, un término que se usaría para calcular la energía libre de Gibb , que indicará si se producirá un proceso químico o molecular determinado. Así que es un número valioso para tener. La energía libre de Gibbs (G) es igual a la entalpía (calor) menos la temperatura (T) multiplicada por el cambio de entropía.

G = H - T$\Delta$S

El término entrópico ,$\Delta$S se describe en los sistemas químicos a menudo como un cambio en el cambio combinatorio del sistema y el cambio en la capacidad calorífica del sistema. El primero de estos podría describirse en términos generales como un término "mezclado". Cuando más de un solvente o un solvente y un soluto se difunden entre sí y se mezclan por completo, se maximiza el número de estados posibles.

La capacidad calorífica del sistema es más a menudo el foco de los cálculos de entropía para proteínas y moléculas biológicas. Esto se debe a que se cree que las conformaciones de las moléculas biológicas, especialmente la libertad que tienen para moverse, contribuyen a la parte entrópica de G .

Por lo tanto, se han realizado intentos para estimar a partir de la RMN y la cristalografía, así como la dinámica molecular, cuántos dominios y cadenas laterales pueden moverse libremente. Desafortunadamente, esto es solo un indicador insuficiente de la entropía biológica. Una contribución sustancial, si no dominante, a la T$\Delta$El término S proviene de solvente .

¿Cómo es esto así? Las moléculas de agua forman estructuras alrededor de las proteínas que no son estáticas, pero involucran muchas moléculas de agua que residen allí en promedio para verlas en estructuras cristalinas y experimentos de RMN. Si bien las aguas individuales se intercambian rápidamente, no se encuentran en el mismo estado entrópico en solución acuosa que cuando forman una capa de hidratación alrededor de una cadena lateral cargada o aromática.

Se han hecho intentos para parametrizar la entropía del solvente observando la superficie no polar enterrada en una proteína plegada, observando la movilidad de las cadenas laterales antes y después del plegamiento/unión, pero estas métricas parecen depender de la configuración hasta el punto de que no pueden calcular la entropía de la proteína a través de estos esfuerzos, al menos hasta ahora.

Convencionalmente, la dinámica molecular trata de calcular esto rodeando las proteínas u otras moléculas con moléculas de agua y se calcula una aproximación de la entropía general en todo el sistema. Resulta que las pequeñas diferencias entre los modelos moleculares de agua y las simplificaciones en los modelos de agua potencial de bola y palo/gancho que hacemos también son aproximaciones problemáticas cuando hay cientos o miles de moléculas de agua en la simulación.