Estructura Terciaria de las Proteínas
La estructura terciaria es la conformación espacial definitiva que adoptan las diferentes regiones de la cadena polipeptídica.
En las proteínas fibrosas, la estructura terciaria es muy simple, ya que las cadenas laterales R apenas influyen. Son proteínas muy resistentes e insolubles.
En las proteínas globulares, la estructura terciaria resulta del plegamiento sucesivo de la estructura secundaria, hasta formar una proteína esferoidal compacta y soluble.
En una proteína globular, los distintos niveles de estructuración se disponen jerárquicamente. Lo habitual es que las proteínas globulares contengan ambas conformaciones en proporciones diferentes.
Como se encuentran en un ambiente acuoso, el plegamiento y la distribución se hacen de tal manera que los aminoácidos que posean cadenas hidrófobas se dispongan en el interior, mientras que los restos polares se localicen en la superficie. En las proteínas de las membranas biológicas ocurre lo contrario. Dentro de la estructura terciaria se consideran dos subniveles de organización: los motivos de la estructura suprasecundaria y los dominios.
Motivos de la Estructura Suprasecundaria
En las proteínas globulares se suelen encontrar determinadas asociaciones secundarias estrechamente relacionadas que constituyen motivos estructurales y se repiten en diferentes regiones de la cadena peptídica. Las más corrientes son la unidad βαβ, el barril β, los meandros β y las grecas.
Dominios Estructurales
Los dominios estructurales de las proteínas están formados por determinadas combinaciones de hélices alfa y láminas beta, plegadas de manera estable e independiente para formar estructuras compactas que desempeñan funciones concretas. Existen proteínas con un único dominio y otras con varios, que suelen corresponder a diferentes funciones.
Desde el punto de vista evolutivo, cuando determinado dominio ha probado su eficacia, parece que se utiliza.
Estructura Cuaternaria de las Proteínas
La estructura cuaternaria solo se manifiesta en las proteínas formadas por la asociación de varias cadenas peptídicas. La asociación entre las distintas cadenas se establece por puentes de hidrógeno, uniones electrostáticas, interacciones hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals.
La estructura cuaternaria de las proteínas fibrosas está basada en la asociación entre las distintas unidades peptídicas que las componen y dan lugar a complejos supramoleculares. Tienen forma alargada y desempeñan funciones estructurales.
La estructura cuaternaria de las proteínas globulares está compuesta por la asociación de dos o más cadenas con estructura terciaria.
Estructura Cuaternaria y Funcionalidad Biológica
La estructura cuaternaria de las proteínas es responsable de su actividad biológica.
La estructura cuaternaria depende de la secuencia de los aminoácidos que componen cada una de las cadenas polipeptídicas.
El plegamiento cuaternario se realiza espontáneamente a partir de la estructura primaria, y recibe la ayuda de un grupo de proteínas, las chaperonas, que aseguran el plegamiento correcto.
De todas las secuencias posibles que se pueden formar, las proteínas actuales son las que poseen las secuencias adecuadas que permiten adoptar conformaciones estables y capaces de desempeñar diversidad de funciones.
Cambios Conformacionales: Proteínas Alostéricas
Los enlaces covalentes que mantienen la estructura primaria son rígidos, pero los enlaces débiles que pliegan a la proteína pueden abrirse y volverse a cerrar. Las proteínas modifican ligeramente sus estructuras en respuesta a las condiciones ambientales.
Algunas proteínas producen cambios conformacionales entre dos estados, uno activo y otro inactivo.
Existe un grupo de proteínas, llamadas alostéricas, en las que los cambios conformacionales son inducidos por la unión de moléculas, llamadas ligandos, que provocan modificaciones de la estructura terciaria, cuaternaria o de ambas.
El alosterismo es un mecanismo que permite regular la actividad de una proteína (ligando, activador o inhibidor).
Clasificación de las Proteínas
Holoproteínas
Están constituidas únicamente por aminoácidos. Según la conformación espacial se clasifican en:
- Proteínas globulares: Tienen forma esférica y son solubles en disoluciones acuosas.
- Albúminas: Funciones de reserva y transportadora.
- Globulinas: Asociadas a la hemoglobina y constituyentes de los anticuerpos.
- Histonas y protaminas: Interaccionan con el ADN eucariota.
- Proteínas fibrosas o escleroproteínas: Son insolubles en agua y desempeñan funciones estructurales.
Heteroproteínas o Proteínas Conjugadas
Están formadas por cadenas peptídicas (grupo proteico) y sustancias no proteicas (grupo prostético). La naturaleza del grupo prostético permite clasificarlas en:
- Glucoproteínas: El grupo prostético es una cadena glucídica. Desempeñan diversas funciones.
- Lipoproteínas: El grupo prostético es una sustancia lipídica. Permiten el transporte de triglicéridos, colesterol y otros lípidos por la sangre.
- Cromoproteínas: Su grupo prostético es una sustancia coloreada:
- De naturaleza porfirínica: Como el grupo hemo de la hemoglobina, que contiene un catión de hierro (coloración roja).
- De naturaleza no porfirínica: Como la hemocianina y la hemeritrina, que transportan oxígeno en la sangre de los invertebrados.
- Otras heteroproteínas: Como las fosfoproteínas, cuyo grupo prostético es el ácido fosfórico, o las nucleoproteínas.
Funciones Biológicas de las Proteínas
Función de Reserva
Las proteínas, por lo general, no son carburantes metabólicos, aunque existen ciertas clases, como la ovoalbúmina, la caseína o la gliadina, que constituyen un almacén de aminoácidos dispuestos para ser utilizados por el embrión en desarrollo.
Función Estructural
Es una de las funciones más características de las proteínas.
- Algunas glucoproteínas intervienen en la formación de las membranas celulares.
- Otras constituyen el citoesqueleto, los microtúbulos del huso mitótico, de los cilios y de los flagelos, los ribosomas, etc.
- Un tercer grupo de proteínas, las histonas, forma parte de la estructura de los cromosomas en las células eucariotas, donde realizan funciones de regulación de la actividad de los genes.
- El colágeno se encuentra en la sustancia intercelular y mantiene unidos los tejidos animales.
Función Homeostática
Las proteínas intracelulares intervienen en el mantenimiento del equilibrio osmótico y actúan como tampones que mantienen el pH constante.
Función Portadora de Mensajes: Hormonas y Neurotransmisores
Las hormonas de naturaleza proteica están constituidas por uno o más fragmentos polipeptídicos (la insulina y el glucagón). Algunos neurotransmisores, como las endorfinas y encefalinas, son de naturaleza peptídica.
Función de Recepción y Transmisión de Señales
Los receptores de membrana son proteínas que se encuentran dispersas y son capaces de unirse de manera específica con una molécula portadora de un mensaje. Esta unión produce un cambio conformacional que constituye la señal para provocar una respuesta.
Las respuestas a estas moléculas-señal suelen tener lugar en el citoplasma o en el núcleo, por lo que la transmisión desde la membrana hasta el interior se lleva a cabo por un sistema de transducción de señales formado por un conjunto de proteínas alostéricas.
Función de Transporte
Determinadas proteínas intervienen en el transporte a través de las membranas celulares. Otras contribuyen al transporte de sustancias entre diferentes regiones.
- La hemoglobina transporta el oxígeno en vertebrados, la hemocianina en invertebrados y la mioglobina en el músculo estriado.
- Los citocromos transportan electrones en la cadena respiratoria y la seroalbúmina acumula y transporta ácidos grasos en la sangre.
- Las lipoproteínas plasmáticas forman partículas esféricas que transportan grasas, colesterol, esteres de colesterol y fosfolípidos en diferentes proporciones.
En el plasma humano se distinguen las siguientes clases de lipoproteínas:
- Quilomicrones: Transportan triacilgliceroles y colesterol desde el intestino hasta el hígado.
- Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) y de baja densidad (LDL): Transportan triacilgliceroles y colesterol desde el hígado hacia los tejidos («colesterol malo»).
- Lipoproteínas de alta densidad (HDL): Transportan colesterol desde los tejidos al hígado («colesterol bueno»).
Función Defensiva
Algunas proteínas desempeñan funciones de protección. La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación del coágulo durante una hemorragia, y los proteoglucanos (mucinas) tienen acción germicida y protectora de las mucosas.
Las inmunoglobulinas de la sangre se comportan como anticuerpos frente a los posibles patógenos.
Función Contráctil: Motores Moleculares
Los motores moleculares son proteínas que se mueven unidireccionalmente a lo largo de los microtúbulos y microfilamentos del citoesqueleto, utilizando la energía almacenada en el ATP.
La dineína permite el movimiento de cilios y flagelos, y la actina y la miosina, que son filamentos, constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.
Función Enzimática
Esta es la función más importante de todas, pues la vida no sería posible sin la actuación de las enzimas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo. Las enzimas son específicas de las reacciones que catalizan y de los sustratos que intervienen en ellas. Las enzimas han de poseer una estructura terciaria o cuaternaria.
Factores que Modulan la Actividad Enzimática
Variaciones de Temperatura
Como la función enzimática depende de la estructura terciaria, la actividad de la enzima puede llegar a desaparecer si se producen cambios notables de temperatura. Existe una temperatura óptima en que la actividad enzimática es máxima: por encima de ella, la actividad disminuye e incluso desaparece por desnaturalización de la enzima. El descenso de temperatura también disminuye la actividad enzimática, pero no llega a desnaturalizar.
Cambios de pH
Pequeñas variaciones del pH del medio interno ocasionan grandes cambios en la actividad de las enzimas, modifican las cargas y alteran la conformación espacial. Existe un pH óptimo tal que, al alejarse de él, disminuye la actividad enzimática. Ejemplos: la pepsina del estómago (pH ácido), la ptialina salivar (pH neutro), la tripsina del intestino (pH alcalino).
Alosterismo
Las enzimas alostéricas son capaces de adoptar dos conformaciones diferentes y estables: una inactiva y otra activa. El paso de una a otra suele estar inducido por la unión de ciertas moléculas, ligandos o efectores, a determinados lugares de la superficie, que son conocidos como centros reguladores.
Clases de Aminoácidos
- Apolares: La cadena R posee grupos hidrófobos que interaccionan con otros grupos mediante fuerzas de Van der Waals. Pueden ser:
- Apolares alifáticos: R es de naturaleza alifática.
- Apolares aromáticos: R contiene anillos aromáticos.
- Polares sin carga: R contiene grupos polares capaces de formar puentes de hidrógeno con otros grupos.
- Polares con carga: La cadena R contiene grupos polares cargados. Pueden ser:
- Ácidos: R aporta grupos carboxilo cargados negativamente.
- Básicos: R aporta grupos amino cargados positivamente.