Estructura de la Proteína
La actitud biológica de una proteína depende de la disposición espacial de su cadena polipeptídica. Existen cuatro niveles estructurales:
Estructura Primaria
La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica el número, tipo y orden de los aminoácidos (aa). Esto determina su actitud biológica. El cambio de un aa puede tener efectos muy importantes.
Estructura Secundaria
La estructura secundaria se refiere al plegamiento de la cadena, resultando en una nueva disposición de los aa en el espacio. Según Van der Waals, los aminoácidos, gracias a su capacidad de giro, adquieren una disposición espacial estable. Existen tres tipos:
- a-hélice: Plegamiento en espiral de la cadena sobre sí misma. Se estabiliza por la formación de enlaces de hidrógeno (H) entre el grupo carbonilo (CO) y el grupo amino (NH) del cuarto aa. Los oxígenos (O) de todos los CO quedan orientados en el mismo sentido, mientras que los hidrógenos (H) de todos los NH quedan en sentido contrario. Hay 3,6 aa por vuelta, con rotación hacia la derecha. Las cadenas laterales (R) pueden repelerse o atraerse, lo que puede desorganizar la a-hélice en algunos tramos.
- Lámina Plegada o Lámina Beta: La cadena queda extendida y se pliega sucesivamente hacia adelante y hacia atrás. Diferentes tramos quedan enfrentados y se unen por puentes de H intracatenarios entre NH o CO de distintas cadenas péptidicas adyacentes.
- Triple Hélice de Colágeno: El colágeno no permite formar muchos puentes de H, por lo que la hélice es más extendida; hay tres aa por vuelta. La estabilidad se debe a las tres hélices empaquetadas que se unen por enlaces covalentes débiles de puentes de H.
- Giros Beta: Secuencias con estructura alfa-beta conectadas por giros beta. Son secuencias cortas, con un giro brusco de 180°. Sirven para que la proteína adopte estructuras más compactas.
Estructura Terciaria
La estructura terciaria es la conformación espacial definitiva de la cadena, como consecuencia de las interacciones entre las cadenas laterales (R). Al plegarse la cadena, los R quedan próximos, lo que puede resultar en repulsiones o atracciones.
Uniones en la Estructura Terciaria
Las uniones son:
- Fuerzas de Van der Waals
- Interacciones Hidrofóbicas: Uniones débiles entre cadenas laterales no polares.
- Puentes de Hidrógeno: Entre grupos polares.
- Fuerzas Electroestáticas: Enlaces iónicos entre grupos con cargas opuestas, entre cadenas laterales ionizadas.
- Puentes Disulfuro: Fuertes enlaces covalentes entre grupos -SH.
Resultados Diferentes Según la Proteína
- Proteínas Globulares: La estructura secundaria se pliega como un anillo, formando una proteína esferoidal, compacta y generalmente soluble en agua. Normalmente tienen a-hélice y lámina beta. En un ambiente acuoso polar, los aa con R hidrófobos se colocan en el interior y los que tienen restos polares en la superficie. En las proteínas de membrana biológicas, es al revés.
- Proteínas Fibrosas: El plegamiento es menor, presentando formas alargadas. Son proteínas muy resistentes e insolubles en agua. Su estructura fundamental es la secundaria, y la estructura terciaria es muy simple, formando una súper hélice.
- Las proteínas con solo una cadena polipeptídica, al alcanzar la estructura terciaria, son biológicamente activas.
- El dominio estructural son partes de la proteína que están plegadas de manera estable e independiente para formar estructuras que desempeñan una función concreta dentro de la proteína.
Estructura Cuaternaria
La estructura cuaternaria se presenta solo en las proteínas con más de una cadena polipeptídica. Se unen por enlaces débiles de varias cadenas polipeptídicas (protómeros) con estructura terciaria. Según el número de protómeros, se clasifican como:
- Dímeros: Ejemplo, citocromo C.
- Tetrameros: Ejemplo, hemoglobina.
- Pentámeros: Ejemplo, ARN-polimerasa.
Los conjuntos de aa con capacidad catabólica se agrupan en el centro activo de la proteína, que se forma al alcanzar su estructura definitiva. Aquí también se encuentran los aa de fijación, responsables de la actividad biológica.
Propiedades de las Proteínas
Las propiedades de las proteínas dependen de los grupos funcionales con cadenas laterales R, del plegamiento y la conformación geométrica:
- Especificidad: Las proteínas tienen dos tipos de secreciones: estables y variables, lo que genera una gran variedad de proteínas. Cada especie tiene proteínas específicas. La actividad biológica se basa en su unión con otras moléculas que se adaptan a la superficie activa. La especificidad de esta unión se basa en el plegamiento de la proteína; un cambio en los aminoácidos puede modificar las estructuras y provocar la alteración de su superficie activa, disminuyendo o perdiendo su funcionalidad biológica.
- Solubilidad: Las proteínas son macromoléculas solubles en agua que, al disolverse, dan lugar a disoluciones coloidales. La solubilidad se debe a los R que, al ionizarse, establecen puentes de H con el agua.
- Desnaturalización: Pérdida de la conformación espacial cuando se somete a condiciones ambientales desfavorables, lo que resulta en la pérdida de la funcionalidad biológica. Cuando se deshacen las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias, la proteína se transforma en filamentos lineales que se entrelazan, formando componentes fibrosos e insolubles en agua. La desnaturalización puede ser reversible (condiciones de desnaturalización breves y poco intensas) o irreversible (cambios intensos y persistentes, donde los filamentos no recuperan su forma original).
Clasificación de las Proteínas
- Holoproteínas (por aa.):
- Proteínas globulares: Forma esférica, solubles en agua, como albúminas o globulinas. Histonas y protamina interaccionan con el ADN eucariota.
- Proteínas fibrosas: Insolubles en agua, con función estructural (ejemplo: colágeno).
- Heteroproteínas (g. peoteico + g. prostético):
- Glucoproteínas: El g. prostético es una cadena glucídica.
- Lipoproteínas: El g. prostético es una sustancia lipídica.
- Cromoproteínas: El g. prostético es una sustancia colorada. Ejemplo: naturaleza porfirínica (Fe+ color rojo, como en la hemoglobina) y naturaleza no porfirínica (sin anillos tetrapirrólicos, como en la hemocianina).
- Otras heteroproteínas: Fosfoproteínas y nucleoproteínas.
Mecanismos para Aumentar la Eficacia Enzimática
- Compartimentación Celular: Las enzimas implicadas en procesos metabólicos importantes se localizan juntas en estructuras membranosas en el citoplasma celular, donde se encuentran en mayor concentración.
- Reacciones en Cascada: Secuencia de reacciones en la que una proenzima inactiva se transforma en su correspondiente enzima activa, que cataliza la transformación de otra proenzima inactiva en su enzima activa, y así sucesivamente, hasta que la última enzima da lugar al producto.
- Complejos Multienzimáticos: La agrupación de las enzimas que llevan a cabo reacciones consecutivas permite realizar el proceso completo con gran rapidez, ya que, al obtener un producto, este puede actuar como el sustrato de una nueva reacción al estar en contacto con la enzima correspondiente, lo que favorece su acceso inmediato al centro activo.
- Existencia de Isoenzimas: En ocasiones aparecen isoenzimas que poseen Km diferentes, lo que hace que su velocidad sea distinta. Se localizan en aquellos orgánulos donde se precisa una determinada velocidad.
- Aumento de la Concentración del Sustrato: Aumenta la velocidad hasta un máximo.
- Aumento de la Concentración de la Enzima.