La estructura terciaria de una proteína es la forma en que una cadena polipeptídica se pliega en un espacio tridimensional. Esta conformación surge debido a la formación de enlaces químicos entre radicales de aminoácidos distantes entre sí. Este proceso se lleva a cabo con la participación de los mecanismos moleculares de la célula y juega un papel muy importante en la actividad funcional de las proteínas.
Características de la estructura terciaria
Los siguientes tipos de interacciones químicas son característicos de la estructura terciaria de las proteínas:
- iónico;
- hidrógeno;
- hidrofóbico;
- van der Waals;
- disulfuro.
Todos estos enlaces (excepto el disulfuro covalente) son muy débiles, sin embargo, debido a la cantidad que estabilizan la forma espacial de la molécula.
De hecho, el tercer nivel de plegamiento de las cadenas polipeptídicas es una combinación de varios elementos de la estructura secundaria (α-hélices; β-capas plegadas ybucles), que están orientados en el espacio debido a las interacciones químicas entre los radicales de aminoácidos laterales. Para indicar esquemáticamente la estructura terciaria de una proteína, las hélices α se indican mediante cilindros o líneas en espiral, las capas plegadas mediante flechas y los bucles mediante líneas simples.
La naturaleza de la conformación terciaria está determinada por la secuencia de aminoácidos en la cadena, por lo que dos moléculas con la misma estructura primaria en igualdad de condiciones corresponderán a la misma variante de empaquetamiento espacial. Esta conformación asegura la actividad funcional de la proteína y se denomina nativa.
Durante el plegamiento de la molécula de proteína, los componentes del centro activo se juntan, lo que en la estructura primaria puede separarse significativamente entre sí.
Para las proteínas monocatenarias, la estructura terciaria es la forma funcional final. Las proteínas complejas de múltiples subunidades forman una estructura cuaternaria que caracteriza la disposición de varias cadenas entre sí.
Caracterización de enlaces químicos en la estructura terciaria de una proteína
En gran medida, el plegamiento de la cadena polipeptídica se debe a la proporción de radicales hidrofílicos e hidrofóbicos. Las primeras tienden a interactuar con el hidrógeno (elemento constitutivo del agua) y por lo tanto se encuentran en la superficie, mientras que las regiones hidrofóbicas, por el contrario, se precipitan hacia el centro de la molécula. Esta conformación es energéticamente la más favorable. ENel resultado es un glóbulo con un núcleo hidrofóbico.
Los radicales hidrófilos, que sin embargo caen en el centro de la molécula, interactúan entre sí para formar enlaces iónicos o de hidrógeno. Los enlaces iónicos pueden ocurrir entre radicales de aminoácidos con carga opuesta, que son:
- grupos catiónicos de arginina, lisina o histidina (tienen carga positiva);
- Grupos carboxilo de los radicales del ácido glutámico y aspártico (tienen carga negativa).
Los enlaces de hidrógeno se forman por la interacción de grupos hidrófilos cargados y no cargados (OH, SH, CONH2). Los enlaces covalentes (los más fuertes en la conformación terciaria) surgen entre los grupos SH de los residuos de cisteína, formando los llamados puentes disulfuro. Por lo general, estos grupos están separados en una cadena lineal y se acercan entre sí solo durante el proceso de apilamiento. Los enlaces disulfuro no son característicos de la mayoría de las proteínas intracelulares.
Labilidad conformacional
Dado que los enlaces que forman la estructura terciaria de una proteína son muy débiles, el movimiento browniano de los átomos en una cadena de aminoácidos puede hacer que se rompan y se formen en nuevos lugares. Esto conduce a un ligero cambio en la forma espacial de las secciones individuales de la molécula, pero no viola la conformación nativa de la proteína. Este fenómeno se denomina labilidad conformacional. Este último juega un papel muy importante en la fisiología de los procesos celulares.
La conformación de la proteína está influenciada por sus interacciones con otrasmoléculas o cambios en los parámetros físicos y químicos del medio.
Cómo se forma la estructura terciaria de una proteína
El proceso de plegar una proteína a su forma nativa se denomina plegamiento. Este fenómeno se basa en el deseo de la molécula de adoptar una conformación con un valor mínimo de energía libre.
Ninguna proteína necesita instructores intermediarios que determinen la estructura terciaria. El patrón de puesta se "graba" inicialmente en la secuencia de aminoácidos.
Sin embargo, en condiciones normales, para que una molécula de proteína grande adopte una conformación nativa correspondiente a la estructura primaria, se necesitarían más de un billón de años. Sin embargo, en una célula viva, este proceso dura solo unas pocas decenas de minutos. Tal reducción significativa en el tiempo es proporcionada por la participación en el plegamiento de proteínas auxiliares especializadas: foldasas y chaperonas.
El plegamiento de pequeñas moléculas de proteína (hasta 100 aminoácidos en una cadena) se produce con bastante rapidez y sin la participación de intermediarios, como se demostró en experimentos in vitro.
Factores de plegado
Las proteínas auxiliares implicadas en el plegamiento se dividen en dos grupos:
- foldasas - tienen actividad catalítica, se requieren en una cantidad significativamente inferior a la concentración del sustrato (como otras enzimas);
- chaperones: proteínas con una variedad de mecanismos de acción, necesarias en una concentración comparable a la cantidad de sustrato plegado.
Ambos tipos de factores participan en el plegamiento, pero no están incluidos enproducto final.
El grupo de las foldasas está representado por 2 enzimas:
- Proteína disulfuro isomerasa (PDI): controla la correcta formación de enlaces disulfuro en proteínas con una gran cantidad de residuos de cisteína. Esta función es muy importante, ya que las interacciones covalentes son muy fuertes y, en caso de conexiones erróneas, la proteína no sería capaz de reorganizarse y tomar una conformación nativa.
- Peptidil-prolil-cis-trans-isomerasa: proporciona un cambio en la configuración de los radicales ubicados en los lados de la prolina, lo que cambia la naturaleza de la curvatura de la cadena polipeptídica en esta área.
Así, las foldasas desempeñan un papel corrector en la formación de la conformación terciaria de la molécula de proteína.
Acompañantes
Las chaperonas también se denominan proteínas de choque térmico o estrés. Esto se debe a un aumento significativo de su secreción durante los efectos negativos sobre la célula (temperatura, radiación, metales pesados, etc.).
Las chaperonas pertenecen a tres familias de proteínas: hsp60, hsp70 y hsp90. Estas proteínas realizan muchas funciones, entre ellas:
- Protección de proteínas contra la desnaturalización;
- exclusión de la interacción de proteínas recién sintetizadas entre sí;
- prevenir la formación de enlaces débiles incorrectos entre los radicales y su labialización (corrección).
Así, las chaperonas contribuyen a la rápida adquisición de la conformación energéticamente correcta, excluyendo la enumeración aleatoria de muchas opciones y protegiendo las que aún no están maduras.moléculas de proteína de la interacción innecesaria entre sí. Además, los chaperones brindan:
- algunos tipos de transporte de proteínas;
- control de replegamiento (restauración de la estructura terciaria tras su pérdida);
- mantener un estado de plegado inacabado (para algunas proteínas).
En este último caso, la molécula de chaperona permanece unida a la proteína al final del proceso de plegamiento.
Desnaturalización
La violación de la estructura terciaria de una proteína bajo la influencia de cualquier factor se llama desnaturalización. La pérdida de la conformación nativa ocurre cuando se rompe una gran cantidad de enlaces débiles que estabilizan la molécula. En este caso, la proteína pierde su función específica, pero conserva su estructura primaria (los enlaces peptídicos no se destruyen durante la desnaturalización).
Durante la desnaturalización, se produce un aumento espacial en la molécula de proteína y las áreas hidrofóbicas vuelven a la superficie. La cadena polipeptídica adquiere la conformación de una espiral aleatoria, cuya forma depende de qué enlaces de la estructura terciaria de la proteína se hayan roto. De esta forma, la molécula es más susceptible a los efectos de las enzimas proteolíticas.
Factores que violan la estructura terciaria
Hay una serie de influencias físicas y químicas que pueden causar la desnaturalización. Estos incluyen:
- temperatura superior a 50 grados;
- radiación;
- cambiar el pH del medio;
- sales de metales pesados;
- algunos compuestos orgánicos;
- detergentes.
Después de la terminación del efecto desnaturalizante, la proteína puede restaurar la estructura terciaria. Este proceso se llama renaturalización o replegamiento. En condiciones in vitro, esto solo es posible para proteínas pequeñas. En una célula viva, las chaperonas proporcionan el replegamiento.
