Vuelta al Índice principal


Proteínas: Introducción



Introducción

Las proteínas son moléculas que pueden llegar a tener un enorme grado de complejidad estructural. Pensando en la variedad casi ilimitada de funciones que las proteínas desempeñan, no es de extrañar dicha complejidad estructural. Sin embargo, por lo que ahora sabemos, la estructura de las proteínas presenta una serie de regularidades que facilitan el estudio sistemático de las mismas. En esta introducción veremos algunos aspectos generales de la estructura de las proteínas, para pasar a continuación a temas más específicos de la misma.

El concepto más sencillo que podemos tener de una proteína es que se trata de un polímero lineal de aminoácidos. Por lineal entendemos que los aminoácidos están unidos a lo largo de una sola línea, con un principio (que convencionalmente asignamos al N-término y un final (que es el C-término). Es decir, la cadena no presenta ramificaciones, y la unión entre aminoácidos se hace mediante enlaces peptídicos establecidos entre el grupo a-carboxilo de un aminoácido con el a-amino del siguiente.

Como ejemplo de este concepto sencillo de proteína veremos la estructura de la Ubicuitina:

Se trata de una proteína muy pequeña (76 aminoácidos) implicada en la proteolisis intracelular.

La proteína aparece en representación de bolas y varillas. Los colores corresponden al código Corey-Pauling-Kultun (colores CPK) que hemos visto en todos los módulos anteriores. Hemos de tener en cuenta que en las representaciones tridimensionales de las proteínas no suelen aparecer los átomos de hidrógeno. Dada la gran cantidad de átomos de una proteína (aun cuando sea pequeña, como es el caso), esta representación es algo confusa. Trataremos de aclararla.

Podemos limitar la visión únicamente al continuo -NCCNCCNCC... de la proteína (backbone) suprimiendo la representación de las cadenas laterales: Vemos que la estructura global es como un ovillo con dos cabos; de ellos, uno es el N-término y otro el C-término. Para distinguirlos, utilizamos el comando color group: En esta representación, el polímero que es la proteína aparece con un código de colores según el cual lo más cercano al N-término aparece coloreado en azul, mientras que el C-término está en rojo, pasando por toda la gama intermedia de colores según sea la proximidad a cualquiera de los dos términos (azul-cian-verde-amarillo-naranja-rojo). Nótese que en la ubicuitina el C-término aparece como una protuberancia algo aparte del resto de la estructura. Los aminoácidos que ocupan los términos son: Metionina veremos asimismo representadas las cadenas laterales de los aminoácidos.

La estructura tridimensional de una proteína no queda determinada al azar. Es decir, las moléculas de ubicuitina tienen siempre exactamente la misma forma a igualdad de condiciones del entorno. La estructura tridimensional se mantiene generalmente gracias a interacciones de tipo débil (efecto hidrofóbico, enlaces de hidrógeno, puentes salinos, etc.)

El efecto hidrofóbico tiene una gran importancia en la determinación de la estructura de una proteína. Para verlo, seleccionamos los residuos polares de la proteína:

Esto hace que la estructura de una proteína sea comparable a una Micela, con los grupos hidrofóbicos hacia dentro y los polares hacia fuera.

Otras interacciones débiles que participan en la determinación de la estructura proteica son los enlaces de hidrógeno. En las proteínas se establecen multitud de dichos enlaces, bien sea entre grupos peptídicos (-CO-, -NH-) del esqueleto o bien entre grupos donadores y aceptores de las cadenas laterales. Para verlos, coloreamos en verde la proteína y en amarillo los enlaces de hidrógeno:

En la determinación de la estructura tridimensional de una proteína participan muchos otros tipos de enlaces, covalentes o no, que estudiaremos más adelante.

Como veremos, este concepto inicial de estructura proteica es muy restringido. En primer lugar la Ubicuitina es una proteína muy pequeña; pero hay además muchos otros factores que añaden a la complejidad de una proteína, que veremos a continuación.

Índice

Proteínas conjugadas

En muchas proteínas no toda la estructura es polipeptídica, sino que aparecen grupos moleculares distintos, llamados grupos prostéticos, con funciones muy bien definidas. Las proteínas con grupos prostéticos reciben el nombre de Proteínas conjugadas, a diferencia de las Proteínas simples, cuya estructura es enteramente polipeptídica. Veremos a continuación la estructura de otra proteína pequeña, pero conjugada: el Citocromo c.

El citocromo c es una proteína pequeña (104 aminoácidos el aquí representado), que funciona como transportador electrónico mitocondrial entre los complejos respiratorios III y IV.

Formando parte de esta estructura hay un grupo prostético constituído por un hemo C, es decir, una protoporfirina IX con un ion de hierro coordinado:

Índice

Átomos metálicos

Es también muy frecuente la asociación de proteínas con átomos o iones metálicos, a través de enlaces de coordinación. Para ilustrarlo vamos a ver una tercera proteína, también muy pequeña, como las dos anteriores, que es la Rubredoxina:

Se trata también de una proteína de transporte electrónico, perteneciente a las ferredoxinas (ferrosulfoproteínas, proteínas NHI).

En ella podemos ver un ion de hierro:

Índice

Proteínas oligoméricas

Las proteínas que hemos visto hasta ahora (ubicuitina, citocromo c y rubredoxina) constan de una sola cadena polipeptídica: Se trata de proteínas monoméricas. Sin embargo, muchas proteínas posee más de una cadena polipeptídica, lo cual es más bien regla que excepción; se trata de proteínas oligoméricas, compuestas por varias subunidades, a veces iguales entre sí y otras veces diferentes. De estas proteínas oligoméricas decimos que presentan estructura cuaternaria (v. más adelante).

El ejemplo que vamos a ver en esta introducción es la Concanavalina A:

La concanavalina A es una lectina. Las lectinas son proteínas de origen generalmente vegetal capaces de fijar específicamente mono- u oligosacáridos de receptores celulares de superficie, desencadenando en la célula determinadas acciones. En este caso la concanavalina A induce la proliferación de los linfocitos T al fijarse a un determinado receptor celular que contiene un manopiranósido.

La concanavalina A es una proteína compuesta por cuatro subunidades idénticas (es por lo tanto un homotetrámero). Las subunidades (se presentan en colores cpk) son las siguientes: Subunidad A:

Vamos a ver únicamente la subunidad A:



Otro ejemplo de proteína oligomérica, más compleja que la concanavalina A es la Aspartato transcarbamilasa:

Se trata de una enzima regulatoria, de comportamiento alostérico, que cataliza el paso clave de la síntesis de pirimidinas.

Podemos ver que la molécula es un dodecámero:

Índice


Formas de representación de estructuras proteicas

La compleja estructura de las proteínas, como hemos visto, no se presta fácilmente a las representaciones tridimensionales. La abundancia de átomos no permite la apreciación de la estructura general de la proteína. Por ello se emplean formas específicas de representación, en las que no se presentan los átomos individuales, sino el continuo -NCCNCCNCC-... como una cinta sobre la que se sobreponen las distintas Estructuras secundarias. Análogamente, existen códigos de color que nos ayudan en la interpretación de la estructura.

Para ilustrar estos tipos de representación, analizaremos la estructura del citocromo P450 CAM (3cpp en el código del Protein Data Bank):

En primer lugar, vemos la estructura que aparece por defecto (bolas y varillas) en la que llama la atención una cierta cantidad de átomos de oxígeno (rojos) que aparecen aislados en torno a la estructura. Se trata de átomos de oxígeno que pertenecen a moléculas de agua que forman parte de la estructura cristalina de la proteína. Para eliminarlos, utilizamos el comando restrict not solvent:

La Estructura Secundaria será objeto de estudio en el siguiente módulo.

Índice



Anterior: Oligopéptidos Inicio Siguiente: Estructura secundaria