1. Niveles estructurares de las proteínas
La disposición espacial en la
cual las proteínas pueden desempeñar función se denomina conformación nativa. La pérdida de esta función se
denomina desnaturalización, pero no
tiene por qué suceder un desplegamiento completo.
La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos en un orden
concreto, en forma de cadena lineal. Si las cadenas adquieren una disposición
espacial determinada (helicoidal, plegamiento β…) tendremos una estructura
secundaria. Estas estructuras se caracterizan por un valor concreto de
sus ángulos Φ y Ψ. Si se pliegan aún más, tendremos
una estructura terciaria, en la que las interacciones se pueden dar entre
residuos alejados de la secuencia primaria. Las interacciones que mantienen la
estructura secundaria y terciaria no son covalentes (puentes de hidrógeno,
electrostáticas, hidrofóbicas), pero, en algunos casos, la estructura terciaria
puede estar estabilizada por enlaces covalentes, denominados puentes
disulfuro.
También existe la posibilidad de que varias cadenas proteicas se unan
dando lugar a complejos tridimensionales que componen la estructura cuaternaria.
La unidad de repetición se denomina protómero. Dependiendo de cuantas
subunidades formen la proteína hablaremos de dímeros (2), trímero (3)…
Las proteínas suelen estar clasificadas en dos grandes grupos: globulares
y fibrosas. Las proteínas globulares son solubles en medios acuosos y
tienen forma de esfera. En cuanto a las fibrosas, son insolubles en agua y suelen presentar una única
estructura secundaria en forma de largas hebras.
1.1 El interior de las proteínas es hidrofóbico
Los residuos hidrofóbicos de las
proteínas se empaquetan densamente formando un núcleo central apolar. Es
favorable desde el punto de vista energético, ya que disminuye el número de
moléculas de agua que interaccionan con la superficie de la molécula
(solvatación).
El esqueleto peptídico tiene
naturaleza polar, pero mantiene la estructura en medio acuoso, gracias a puentes
de hidrógeno entre los átomos polares y el núcleo hidrofóbico.
1.2 Estructuras secundarias frecuentes en las proteínas
1.2.1 La α hélice se estabiliza por enlaces
de puente de hidrógeno intracatenarios de residuos próximos en la secuencia
La estructura secundaria fue
propuesta por Linus Pauling y Robert Corey. Se trata de una estructura
helicoidal, dextrógira y con 3,6 residuos por vuelta. La hélice se mantiene
estable por puentes de hidrógeno intracatenarios, que se forman entre un grupo
carbonilo y un –NH. De este modo, no hay interacción con el agua, a excepción de
los extremos de la molécula, que están libres. El resto de posibles
interacciones están creando puentes de hidrógeno intracatenarios.
Las cadenas laterales se disponen
orientadas hacia el exterior para evitar interferencias con el esqueleto
polipeptídico. Los aminoácidos que se encuentra con mayor frecuencia son Ala, Glu,
Leu y Met.
Las cadenas laterales también
pueden estabilizar o desestabilizar la estructura. Si entre ellas se forman
interacciones no covalentes, éstas ejercerán un efecto estabilizador, pero si
se dan fuerzas de repulsión, el efecto será el contrario.
La α hélice es una estructura
habitual en las proteínas globulares y fibrosas. Las proteínas globulares
tienen un extremo polar que interacciona con el agua y un extremo apolar que
interacciona con el núcleo hidrofóbico. Un ejemplo es la ferritina, en la cual el
75% de las estructuras son α hélice.
En cuanto a proteínas fibrosas
con α hélice tenemos la queratina, componente principal del pelo, plumas, uñas…
Algunos tipos de queratinas constituyen filamentos intermedios del
citoesqueleto. Defectos en esta queratina pueden producir epidermiólisis
ampollar simple e hiperqueratinosis epidermiolítica.
1.2.2 Las láminas β son estructuras plegadas
Cadenas que se disponen
paralelamente unas a otras de forma que se pueden establecer puentes de
hidrógeno entre los grupos –C=O y –NH. Hay dos tipos dependiendo de la
orientación de sus grupos amino y carboxilo terminales. Si disponen estos
grupos con la misma orientación se denominan láminas β paralelas, pero si se
disponen alternados son láminas β
antiparalelas.
 |
| Lámina Paralela |
 |
| Lámina paralela |
 |
| Lámina antiparalela |
 |
| Lámina antiparalela |
1.2.3 Los giros β son
estructuras frecuentes
Están compuestos por cuatro
residuos que se disponen de tal modo que permiten un cambio de dirección de 180º de la
cadena polipeptídica Se estabiliza por un puente de hidrógeno entre el
grupo –C=O del primer aminoácido y el grupo amino del cuarto. Son necesarios
para que se forme una lámina β
antiparalela.
Además de su función como
estructuras de conexión, los giros participan en la formación de sitios de
unión de ligandos (ej. lugares de reconocimiento de anticuerpos) y centros
activos de las enzimas.
1.2.4 Las estructuras
secundarias se agrupan formando motivos que forman estructuras globulares o
dominios
Existen elementos denominados motivos o estructuras supersecundarias, que son combinaciones de varios
elementos con estructura secundaria definida con una disposición geométrica característica.
Algunos tienen funciones como la unión a ADN o al calcio, y otros, simplemente, forman parte de otras unidades estructurales.
El motivo específico para la
unión de calcio se encuentra en varias proteínas y se compone de dos zonas con
estructura α hélice, unidas
por una zona de giro que tiene residuos de Asp y Glu. Las proteínas que pueden fijar el calcio, como la parvalbúmina, la troponina C y la calmodulina, pueden
participar en actividades reguladas por la presencia de este catión, como la
contracción y relajación muscular.
En algunas proteínas se encuentran
estructuras globulares formadas por varios motivos; se denominan dominios. Estas estructuras se pueden
plegar formando una estructura terciaria estable y funcional. Las proteínas de
membrana, que son receptoras de señales, suelen tener un dominio extracelular
donde se une el ligando que desencadena la señal, un dominio transmembrana para
la fijación de la proteína y un domino intracelular, que suele ser un lugar de
interacción con otras proteínas del citoplasma.
1.3 Estructura terciaria y desnaturalización
El plegamiento de las proteínas supone
una ventaja energética y, además, aproxima las cadenas laterales para crear
estructuras tridimensionales adecuadas para la interacción con otras moléculas.
Esto ocurre, por ejemplo, en las enzimas que presentan un centro activo con una
forma concreta para que se una el sustrato.
El proceso de plegamiento ocurre
durante y después de la síntesis proteica en el ribosoma. Es algunos casos es
facilitado por unas proteínas llamadas chaperonas,
que interaccionan con las cadenas parcialmente plegadas facilitando que lo
hagan.
La estructura terciaria se
mantiene mediante interacciones débiles. Si se alteran las condiciones que
mantienen las fuerzas de atracción se produce la desnaturalización. La pérdida estructural conlleva también una
pérdida funcional. Los factores que desencadenan este suceso son:
- Calor: Afecta a los enlaces de puentes de hidrógeno. La desnaturalización se produce de forma brusca al alcanzar una determinada temperatura.
- Cambio de pH: Puede alterar las interacciones electrostáticas que mantienen la estructura.
- Presencia de sales o agentes: Como el ión guanidino, que afecta también a las interacciones electrostáticas. Sucede porque los iones disueltos compiten a la hora de establecer interacciones de este tipo. La urea también provoca desnaturalización, al competir en la formación de enlaces de puente de hidrógeno.
- Disolventes o detergentes: Alteran las interacciones hidrofóbicas.
En algunos casos, si se recuperan
las condiciones fisiológicas, la proteína recupera su conformación nativa mediante un proceso denominado renaturalización.
Esto demuestra que la información necesaria para el plegamiento se encuentra en
la secuencia de aminoácidos.
1.4 Estructura cuaternaria
A veces se asocian varias cadenas
proteicas para formar una proteína. Las cadenas individuales se denominan
subunidades, y pueden ser iguales (homomultímeros) o distintas
(heteromultímeros). Cuando se trata de cadenas distintas, el grupo de
subunidades que se repite se denomina protómero.
Por ejemplo, la hemoglobina está formado por dos subunidades α y dos subunidades β, el protómero sería
el conjunto formando por una α y una β.
No hay comentarios:
Publicar un comentario