Niveles De Estructuración En La Arquitectura De Las Proteínas

Al estudiar la arquitectura de las proteínas se citan frecuentemente cuatro niveles de estructuración. La estructura primaria se refiere a la secuencia de aminoácidos y localización de los puentes disulfuros, si los hubiere. Así pues, la estructura primaria comprende las uniones covalentes de la proteína. En una visión mas clara la estructura primaria corresponde a la secuencia de sus residuos de aminoácidos ligados entre si por enlaces covalentes. Las cadenas más cortas conocidas corresponden, por lo menos, de 20 a 100 residuos de aminoácidos y la mayoría entre ellas 10 -500. La composición en aminoácidos de las proteínas se establece, después de la hidrólisis de los enlaces peptídicos, mediante el análisis de los aminoácidos liberados.

La estructura primaria se puede considerar formada por la unión de los aminoácidos que componen una proteína. Escondes afirma que dicha estructura tiene su base en la formación del enlace peptídico.

El enlace peptídico se forma por la condensación del α-COOH de un aminoácido con el α-NH2 de otro aminoácido:

El enlace peptídico posee especiales características: Es polar, plano y esta estabilizado por resonancia. Es un híbrido de resonancia; el enlace C-N del enlace peptídico tiene un carácter parcial de doble enlace, por esta razón no hay libertad de movimiento. El doble enlace entre el carbono y el oxigeno del grupo carbonilo, busca la estabilidad electrónica de la molécula.

Se ha mencionado que el carácter parcial de doble enlace no hay libertad de movimiento, ¿Pero de quien? La presencia de un doble enlace parcial ocasiona la presencia de isomeros geométricos de la forma trans en el oxigeno del grupo carbonilo y el hidrogeno del grupo amino participantes en el enlace peptídico. La presencia del doble enlace parcial del enlace peptídico ocasiona que no haya libertad de movimiento entre el enlace C - N, sino que el movimiento se de a nivel de N- Cα con un ángulo de torsión ø (phi) y entre Cα-C con un ángulo de torsión Ψ (psi). En la grafica siguiente se evidencia lo expuesto.

Figura 23. Ángulos de torsión del enlace peptídico

La estructura secundaria esta relacionada con el ordenamiento espacial de los residuos de aminoácidos próximos entre si, en la secuencia lineal. La estrucutra secundaria se forma cuando 3 a 4 residuos de aminoácidos se alinean entre si y forman puentes de hidrogeno entre el oxigeno de grupo carbonilo de un primer aminoácido y el hidrogeno del nitrogeno de grupo amino del cuarto o tercer aminoácido. Algunas de estas relaciones estericas son de naturaleza regular, originando una estructura periódica. Esta estructura corresponde a la disposición espacial adoptada por la cadena polipeptídica. A causa de la libre rotación de los carbonos α entorno de los ejes formados por los enlaces de covalencia simple, son numerosas las posibilidades de conformación de una cadena polipeptídica:

Sin embargo, en las condiciones normales y mas concretamente de pH y temperatura, cada cadena polipeptídica posee una conformación especifica, que se llama nativa o natural. Termodinámicamente corresponde a un sistema estable y organizado con un mínimo de energía libre ∆G. esta conformación depende fundamentalmente de la polaridad, hidrofobicidad y del conjunto esterico de las cadenas laterales R. las principales estructuras secundarias encontradas en las proteínas son. Las α- hélices, α-¶, 310, hojas plegadas ß y curvaturas ß, existe también una estructura mal definida, sin plan ni eje de simetría, calificada como estructura sin orden estadístico o random coil.

La estructura terciaria se refiere al ordenamiento espacial de los residuos de aminoácidos alejados de la secuencia lineal. Esta estructura corresponde ala organización tridimensional de la cadena polipeptídica conteniendo zonas de estructuras secundarias bien definidas o random coil.

Figura 24. Estructuras secundarias de las proteínas: α -hélice y β-lamina

En la mayoría de las proteínas globulares de estructura terciaria conocida y soluble en agua, los aminoácidos hidrófobos tienden a colocarse hacia el interior de la molécula, mientras que los aminoácidos polares se reparten, especialmente, en la superficie de una manera bastante uniforme. En el interior de la estructura proteica, existen numerosos enlaces de hidrogeno que contribuyen a la estabilidad de la estructura.

Las proteínas que poseen más de una cadena polipeptídica pueden presentar un nuevo nivel de organización estructural. A cada cadena polipeptídica de una proteína así se le denomina subunidad.

La estructura cuaternaria se refiere al ordenamiento espacial de tales subunidades y a la naturaleza de sus contactos mutuos. La estructura cuaternaria de las proteínas es el resultado de las asociaciones no covalentes de unidades proteicas.

Estas subunidades pueden identificarse o no y su organización no es necesariamente simétrica. Las fuerzas o enlaces que estabilizan las estructuras cuaternarias son los mismos que los que estabilizan las estructuras terciarias, con excepción de las uniones disulfuro.

Figura 25. Organización terciaria y cuaternaria de proteínas.

13.2 Interacciones y enlaces implicados en la estructura proteica

Se conocen varias interacciones y enlaces, dada su contribución a la formación de estructuras secundarias, terciaria y cuaternaria.

Las contracciones estericas:

Por su estructura, los enlaces peptídicos poseen una libertad de rotación, que en ausencia de bloqueamientos esteáricos, le permiten a los ángulos Φ y Ψ alcanzar todos los valores comprendidos entre 180 y -180. Sin embargo para la mayoría de los residuos de aminoácidos resultan imposibles

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