Francais | English | Espanõl

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Imagen:Proteinviews-1tim.png

La estructura de las proteínas es un conjunto de propiedades espaciales de las moléculas de proteína dependientes derivadas de su naturaleza en secuencia de aminoácidos, las características físicas de su entorno y la presencia de compuestos, simples o complejos, que las estabilicen y/o conduzcan a un plegamiento específico, distinto del espontáneo. Por ello, deriva de sus componentes, es decir, de la propia estructura de los aminoácidos, de cómo interaccionan químicamente estos, de forma jerarquizada y específica, y, evidentemente, está en relación con la función a acometer en el destino celular.

Tabla de contenidos 1 Estructura de los aminoácidos 2 Termodinámica del plagamiento 3 Niveles de estructuración 3.1 Estructura primaria 3.2 Estructura secundaria 3.3 Estructura terciaria 3.4 Estructura cuaternaria 4 Dominios, motivos y otros elementos conformacionales 5 Elementos moduladores 5.1 Temperatura 5.2 pH 5.3 Chaperonas 6 Clasificación estructural 7 Determinación de la estructura proteica 8 Referencias

[editar] Estructura de los aminoácidos

Imagen:Amminoacido glutammina formula.png Los aminoácidos, monómeros componentes del polímero proteína, son moléculas quirales constituidas por un carbono central, el C_α, que portan en éste un grupo amino y un grupo carboxilo, lo cual les da su nombre, además de un átomo de hidrógeno y una cadena lateral que les confiere sus características definitorias, y en función de la cual se clasifican<ref>Lehninger, Albert (1993). Principles of Biochemistry, 2nd Ed.. Worth Publishers. ISBN 0-87901-711-2.</ref>.

Los 20 α-L-aminoácidos proteinogénicos son los listados en la siguiente tabla:

Nombre	Código de tres</br> letras	Código de una</br> letra	Abundancia relativa (%) E.C.	MW	pK	VdW volumen (Å3)	Cargado, Polar, Hidrofóbico, Neutro </br>
Alanina	Ala	A	13.0	71		67	H
Arginina	Arg	R	5.3	157	12.5	148	C+
Asparagina	Asn	N	9.9	114		96	P
Aspartato	Asp	D	9.9	114	3.9	91	C-
Cisteína	Cys	C	1.8	103		86	P
Glutamato	Glu	E	10.8	128	4.3	109	C-
Glutamina	Gln	Q	10.8	128		114	P
Glicina	Gly	G	7.8	57		48	N
Histidina	His	H	0.7	137	6.0	118	P,C+
Isoleucina	Ile	I	4.4	113		124	H
Leucina	Leu	L	7.8	113		124	H
Lisina	Lys	K	7.0	129	10.5	135	C+
Metionina	Met	M	3.8	131		124	H
Fenilalanina	Phe	F	3.3	147		135	H
Prolina	Pro	P	4.6	97		90	H
Serina	Ser	S	6.0	87		73	P
Treonina	Thr	T	4.6	101		93	P
Triptófano	Trp	W	1.0	186		163	P
Tirosina	Tyr	Y	2.2	163	10.1	141	P
Valina	Val	V	6.0	99		105	H

[editar] Termodinámica del plagamiento

[editar] Niveles de estructuración

La estructuración se organiza en niveles jerarquizados, dependientes unos de otros secuencialmente. Estos niveles corresponden a:

1. Estructura primaria, que corresponde a la secuencia de aminoácidos.
2. Estructura secundaria, que provoca la aparición de motivos estructurales.
3. Estructura terciaria, que define la estructura de las proteínas compuestas por un sólo polipéptido.
4. Estructura cuaternaria, si interviene más de un polipéptido.

[editar] Estructura primaria

La estructura primaria de las proteínas se refiere a la secuencia de aminoácidos., es decir, la combinación lineal de los aminoácidos mediante un tipo de enlace covalente, el enlace peptídico. Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos siendo una de sus características mas importante la coplanaridad de los radicales constituyentes del enlace.

La estructura lineal del péptido definirá en gran medida las propiedades de niveles de organización superiores de la proteína. Este orden es consecuencia de la información del material genético: Cuando se produce la traducción del RNA se obtiene el orden de aminoácidos que van a dar lugar a la proteína. Se puede decir, por tanto, que la estructura primaria de las proteínas no es más que el orden de aminoácidos que la conforman.

[editar] Estructura secundaria

La estructura secundaria de las proteínas es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de enlaces de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico, es decir, un tipo de enlace no covalente.

Los motivos más comunes son la hélice alfa y la beta lámina.

[editar] Estructura terciaria

Es el modo en que la cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es decir, a cómo se arrolla una determinada proteína, ya sea globular o fibrosa. Es la disposición de los dominios en el espacio.

La estructura terciaria se realiza de manera que los aminoácidos apolares se sitúan hacia el interior y los polares hacia el exterior en medios acuosos. Esto provoca una estabilización por interacciones hidrofóbicas, de fuerzas de Van der Waals. y de puentes disulfuro<ref>Lehninger, Albert (1993). Principles of Biochemistry, 2nd Ed.. Worth Publishers. ISBN 0-87901-711-2.</ref> (covalentes, entre aminoácidos de cisteína convenientemente orientados) y mediante enlaces iónicos.

[editar] Estructura cuaternaria

La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas que, asociadas, conforman un ente, un multímero, con propiedades distintas.

[editar] Dominios, motivos y otros elementos conformacionales

Es común que algunas zonas de la proteína tengan entidad estructural independiente, y a menudo funciones bioquímicas específicas. Su naturaleza depende de las estructuras anterioremente citadas a todos los niveles.

La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas que, asociadas, conforman un ente, un multímero, con propiedades distintas.

Las proteínas están organizadas en muchas unidades. Un dominio estructural es un elemento de la estructura de las proteínas que se autoestabiliza y a menudo autoestabiliza a los pliegues independientemente del resto de la cadena de proteína. Muchos dominios son únicos y proceden de una secuencia única de un gen o una familia génica pero en cambio otros aparecen en una variedad de proteínas. Los dominios son, a menudo, seleccionados evolutivamente porque poseen una función prominente en la biología de la proteína pertenecen; por ejemplo, "el domino de unión a calcio de calmodulina". Cómo son autoestabilizadores los dominios pueden ser cambiados mediante ingeniería genética de una proteína a otra para hacer proteínas quiméricas. Un motivo en este sentido se refiere a una combinación pequeña y específica de elementos estructurales secundarios (como los hélice-giro-hélice). Estos elementos son llamados a menudo superestructuras secundarias.

Pliegue se refiere de forma global a un tipo de motivos, como los barriles-beta. La estructura de los motivos a menudo consiste en solo unos porcos elementos, por ejemplo, los hélice-giro-hélice, que sólo tienen tres. Se denota que la “secuencia espacial” es la misma en todas las instancias del motivo. Su orden es bastante irregular dentro del gen subyacente. Los motivos estructurales de la proteína a menudo incluyen giros de longitud variable en estructuras indeterminadas, lo que en efecto crea la ligereza necesaria para unir dos elementos en el espacio que no están codificados por una Secuencia de ADN inmediatamente adyacente en un gen. Se denota también que incluso cuando dos genes están codificados los elementos estructurales secundarios de un motivo en el mismo orden, pueden especificar las secuencias un poco distintas de los aminoácidos. Esto no es solo cierto por las complicadas relaciones entre las estructuras terciarias y primarias, sino porque el tamaño de los elementos varían de una proteína, a la siguiente. A pesar de que hay alrededor de 100.000 proteínas distintas en los sistemas eucariotas, hay muchos menos dominios, motives estructurales y pliegues. Esto es, en parte, consecuencia de la evolución, desde que los genes o parte de ellos pueden ser copiados o movidos por el genoma. Esto significa, por ejemplo, que un dominio de una proteína puede ser trasladado de una a otra, dando así una nueva función a las proteínas. Debido a estos mecanismos tiende a ser reutilizado en varias proteínas.

[editar] Elementos moduladores

[editar] Temperatura

El papel de la temperatura es crucial puesto que su entidad físico-química, la energía cinética contenida en los átomos, dota de reactividad a los aminoácidos y, por ello, a las proteínas. No obstante, existe un límite, a unos 50 °C, sobrepasado el cual las proteínas pierden su conformación, esto es, se desnaturalizan.

La desnaturalización, producida por la temperatura y otros agentes desnaturalizantes, ocurre a varios niveles:

• En la desnaturalización de la estructura cuaternaria, las subunidades de proteínas se separan o su posición espacial se corrompe.
• La desnaturalización de la estructura terciaria implica la interrupción de:
  • Enlaces covalentes entre las cadenas laterales de los aminoácidos (como los puentes disulfuro entre las cisteínas).
  • Enlaces no covalentes dipolo-dipolo entre cadenas laterales polares de aminoácidos.
  • Enlaces dipolo inducidos por fuerzas de Van Der Waals entre cadenas laterales no polares de aminoácidos.
• En la desnaturalización de la estructura secundaria las proteínas pierden todos los patrones de repetición regulares como las alfa hélices y adoptan formas aleatorias.
• La estructura primaria, la secuencia de aminoácidos ligados por enlaces peptídicos, no es interrumpida por las desnaturalización.

[editar] pH

El pH afecta al estado iónico de los aminoácidos, zwitteriones en definitiva, que no tienen implicado su grupo amino ni carboxilo en el enlace peptídico y, especialmente, a aquéllos polares, con algún grupo cargado en su cadena lateral. El estado de ionización de éste afecta a la reactividad y posiblidad, por tanto, de producir un enlace químico<ref>Lehninger, Albert (1993). Principles of Biochemistry, 2nd Ed.. Worth Publishers. ISBN 0-87901-711-2.</ref>.

[editar] Chaperonas

Las proteínas tipo chaperona son un conjunto de proteínas presentes en todas las células cuya función es la de ayudar al plegamiento de otras proteínas, tras su síntesis o durante su ciclo de actividad (por ejemplo, en defensa de estrés térmico)<ref>Lodish et al. (2005), Biología celular y molecular, Buenos Aires: Médica Panamericana. ISBN 950-06-1974-3.</ref>. Estas chaperonas no forman parte de la estructura primaria de la proteína funcional, sino que sólo se unen a ella para ayudar en su plegamiento, ensamblaje y transporte celular a otra parte de la célula donde la proteína realiza su función. Los cambios de conformación tridimensional de las proteínas pueden estar afectados por un conjunto de varias chaperonas que trabajan coordinadas, dependiendo de su propia estructura y de la disponibilidad de las chaperonas.

Existen sustancias químicas no proteicas que pueden estabilizar a las proteínas mediante el establecimiento de enlaces de puente de hidrógeno, en sustitución a los del agua. Por ejemplo, es el caso de la trehalosa, un azúcar que se emplea en biotecnología para favorecer la viabilidad de las soluciones ricas en proteína aun en condiciones de estrés ambiental<ref>Prescott, L.M. (199), Microbiología, McGraw-Hill Interamericana de España, S.A.U.. ISBN 84-486-0261-7.</ref>.

[editar] Clasificación estructural

Muchos métodos han sido desarrollados para la clasificación estructural de las proteínas. La función es clasificar los datos en el Banco de Datos de las Proteínas. Muchas bases de datos existentes clasifican las proteínas usando diferentes métodos. El SCOP, CATH y FSSP son los más usados. Los métodos usados podrian clasificarse en: puramente manuales, manuales y automáticos y puramente automáticos. El trabajo está siendo hecho para integrar mejor los datos. La clasificación es constante entre SCOP, CATH Y FSSP para la mayoría de las proteínas que han sido clasificadas, pero hay todavía algunas diferencias e inconsistencias.

[editar] Determinación de la estructura proteica

Alrededor del 90% de las estructuras de las proteínas disponibles en el Banco de Datos de Proteínas han sido determinadas por cristalografía de rayos X. Este método permite medir la densidad de distribución de los electrones de la proteína en las 3 dimensiones (en el estado de cristalización), lo que permite obtener las coordenadas 3D de todos los átomos para determinar su posición con certeza. Aproximadamente el 9% de las estructuras de proteínas conocidas han sido obtenidas por técnicas de resonancia magnética nuclear, que también pueden ser usadas para identificar estructuras secundarias.

Nótese que los aspectos de las estructuras secundarias pueden ser detectados mediante medios bioquímicos como el dicroísmo circular. El microscpio crioelectrónico que se ha convertido recientemente en un medio para determinar las estructuras proteicas con una resolución baja (menos de 5 Å ó 0,5 nm) y se prevé que será una herramienta importante para los trabajos de alta resolución en la década próxima. Esta técnica es aún un recurso importante para científicos que están trabajando en complejos muy grandes de proteinas, como la cubierta y cápside de los virus y las proteínas amiloideas.

Aproximación a la estructura proteica a distintas resoluciones

Resolución	Interpretación
>4.0	Coordenadas individuales sin significado
3.0 - 4.0	Plegamiento posiblemente correcto, pero comúnmente con errores. Algunas cadenas laterales poseen mal los rotámeros.
2.5 - 3.0	Plegamiento bien dilucidado salvo en algunos pliegues superficiales, mal modelados. Algunas cadenas laterales largas (Lys, Glu, Gln) y otras cortas (Ser, Val, Thr) mal orientadas.
2.0 - 2.5	El número de cadenas laterales con un rotámero incorrecto es mucho menor. Los errores, pequeños, son detectados normalmente. Los pliegues superficiales están bastante bien definidos. Los ligandos y el agua son visibles.
1.5 - 2.0	Pocos residuos poseen mal rotámero. Los errores pequeños son detectados. Los pliegues incorrectos son muy raros, incluso en superficie.
0.5 - 1.5	En general, todo está correctamente resuelto. Las librerías de rotámeros y os estudios geométricos se hacen a este nivel de precisión.

[editar] Referencias

en:Protein structure

de:Proteinstruktur fr:Structure des protéines ja:タンパク質構造 sr:Протеинска структура fi:Proteiinin rakenne sv:Proteinstruktur