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Estructura terciaria
Concepto de Estructura Terciaria
Llamamos Estructura terciaria de una proteína a la disposición espacial de todos sus átomos. De los conceptos estructurales propios de las macromoléculas, el de estructura terciaria es el más cercano a lo que en pequeñas moléculas solemos llamar configuración absoluta. Es decir, la estructura terciaria queda definida cuando conocemos las tres coordenadas espaciales X, Y, Z de todos y cada uno de sus átomos.
El concepto de estructura terciaria surge al considerar que una cadena polipeptídica, a pesar de ser un polímero lineal, se comporta en solución como una estructura compacta, globular (lo cual puede ser evidenciado a través de mediciones hidrodinámicas, como la viscosidad intrínseca o el coeficiente de difusión, ver texto).
Consideremos el caso de la Mioglobina:
Se trata de una proteína de 153 aminoácidos, que posee una gran cantidad de estructura secundaria en a-helicoide:
Fuerzas que mantienen la estructura terciaria
La estructura terciaria de una proteína está mantenida fundamentalmente por interacciones de tipo débil, aunque también participan, como veremos, algunos enlaces covalentes, en particular el enlace disulfuro -S-S- establecido entre cadenas laterales de cisteína.
El efecto hidrofóbico
Entre las interacciones débiles, sin duda las más importantes, al menos en proteínas globulares, son las determinadas por el Efecto hidrofóbico, que ya vimos en la introducción, pero que volveremos a discutir aquí.
En un entorno acuoso, los residuos hidrofóbicos de una proteína tienden a excluírse del agua, y por lo tanto, se concentran en el interior de la molécula, de la cual queda a su vez excluída el agua. Para ver este efecto veamos la molécula de la enzima Triosa fosfato isomerasa:
Si seleccionamos las cadenas laterales hidrofóbicas y las representamos a su radio de van der Waals:
Esto hace que la estructura de una proteína sea asimilable a la de una micela. Las interacciones de van der Waals generadas en el interior a través de este efecto hidrofóbico son una fuerza básica en el mantenimiento de la estructura tridimensional de la proteína.
Enlaces de hidrógeno
Los enlaces de hidrógeno son asimismo fundamentales en el mantenimiento no sólo de la estructura secundaria, sino también de la terciaria. Podemos apreciarlo en esta misma proteína:
Enlaces disulfuro
En el mantenimiento de la estructura terciaria tienen mucha importancia algunos enlaces covalentes, y en particular el Enlace disulfuro:
Tenemos en esta imagen dos tramos consecutivos en a-helicoide, unidos por un enlace disulfuro establecido entre las cadenas laterales de dos cisteínas. La presencia de este enlace introduce en la molécula una curvatura sobre el eje principal:
Veamos otro ejemplo de Enlace disulfuro:
Aquí aparecen dos tramos sin estructura secundaria unidos por un enlace disulfuro:
Dominios estructurales
Hemos visto anteriormente que las diferentes estructuras secundarias (hélices, láminas y giros) se combinan para dar motivos estructurales. La asociación de varios motivos en una única cadena polipeptídica da lugar a la estructura terciaria. Ahora bien, la estructura terciaria suele agruparse en forma de Dominios, concepto que vamos a analizar a continuación.
La enzima Papaína es una tiol-proteinasa, es decir, una enzima proteolítica cuyo centro activo posee un grupo -SH. Se extrae del látex de la papaya. Se emplea ampliamente en la industria de la alimentación. Su estructura es la siguiente:
En su estructura, podemos apreciar dos "ovillos" (dominios) separados por una zona sin estructura secundaria en particular.
tiene una estructura secundaria distinta (dos tramos b antiparalelos y dos a-helicoides).
A menudo los dominios corresponden a diferentes funciones dentro de la misma proteína (por ejemplo, regiones catalíticas y regiones regulatorias) y casi siempre corresponden a tramos genéticos codificantes (exones) diferentes.
La estructura de la papaína presenta dos dominios estructuralmente diferentes. En otras proteínas, sin embargo, los dominios tienen una estructura muy parecida. Es el caso de la Elastasa, otra enzima proteolítica:
En su estructura podemos apreciar dos dominios bastante parecidos:
presentan gram similitud estructural. En ambos casos podemos ver una estructuración en lámina b.
Como veremos, la estructuración en dominios es característica de las
Inmunoglobulinas, que serán estudiadas más adelante.