Centro activo de la proteína

Estructura y principio de complementariedad

El centro activo se forma en el momento en que la cadena polipeptídica se pliega, adquiriendo su estructura terciaria tridimensional única. En la estructura primaria lineal de la proteína, los radicales de aminoácidos pueden encontrarse a una distancia enorme entre sí. Sin embargo, durante el proceso de plegamiento (folding), se aproximan y forman una depresión específica o «bolsillo» en la superficie de la molécula funcionalmente activa.

La interacción entre el centro activo y el ligando (la molécula que se une a una proteína) obedece a la estricta regla de complementariedad, es decir, la correspondencia espacial y química exacta de las superficies que interactúan.

• La correspondencia espacial significa que el centro activo encaja geométricamente de manera perfecta con el ligando que entra en él, como una llave en una cerradura.
• La correspondencia química implica que deben establecerse enlaces entre los grupos funcionales de los radicales de la proteína y la molécula del ligando.

La retención del ligando en el bolsillo se logra mediante interacciones débiles: enlaces iónicos y de hidrógeno, así como interacciones hidrófobas. Precisamente la unión del ligando específico permite que la proteína ejerza su función biológica.

Disposición de los centros de unión

En las proteínas con dominios, los centros de unión a ligandos se localizan muy a menudo entre los dominios, en surcos característicos o hendiduras profundas.

Un excelente ejemplo es la tripsina, una enzima proteolítica fundamental producida por la porción exocrina del páncreas. Su tarea biológica principal es la digestión de las proteínas ingeridas con los alimentos mediante la hidrólisis de sus enlaces peptídicos. La molécula de tripsina posee una marcada estructura de dos dominios. El centro activo de la enzima se esconde en el surco entre estos dos bloques estructurales. Es precisamente en esta zona donde se crean las microcondiciones óptimas para la unión eficaz de la región específica de la proteína alimentaria (en este caso actúa como ligando) y su posterior degradación rápida.

También existen proteínas multifuncionales. En tales moléculas, los dominios individuales son capaces de realizar funciones completamente independientes debido a la unión con diferentes tipos de ligandos en sus propios centros activos.

Cofactores y proteínas conjugadas

Para llevar a cabo sus funciones, muchas proteínas requieren cofactores, ligandos especializados que se acoplan al centro activo y desempeñan un papel auxiliar clave.

Según su composición, las proteínas se dividen en dos grandes grupos:

• Proteínas simples: formadas exclusivamente por la parte proteica (residuos de aminoácidos).
• Proteínas conjugadas (heteroproteínas) —contienen una parte no proteica adicional.

Si la parte no proteica está unida de forma firme e irreversible a la molécula, se denomina grupo prostético. Un ejemplo clásico es el hemo, que contiene un ion de hierro. Las proteínas conjugadas que contienen hemo se denominan hemoproteínas (entre ellas se encuentran la hemoglobina, la mioglobina y los citocromos).

Las sustancias más diversas que interactúan con la estructura tridimensional de la cadena peptídica pueden actuar como ligandos para las proteínas:

1. Moléculas de bajo peso molecular (compuestos orgánicos e inorgánicos).
2. Macromoléculas, tales como el ADN (en el caso de las proteínas de unión al ADN), el ARN, los polisacáridos y otras moléculas proteicas.

Un claro ejemplo del trabajo con ligandos de bajo peso molecular lo demuestra la albúmina, una proteína plasmática fundamental. Su función principal es el transporte. El mecanismo de acción consiste en la unión de diversos ligandos hidrófobos al centro activo: ácidos grasos, bilirrubina, así como muchas sustancias farmacológicas.

Fármacos como ligandos

La interacción en el sistema «proteína-ligando» se distingue por una alta especificidad; sin embargo, la labilidad conformacional (movilidad estructural) de la molécula permite seleccionar otras sustancias capaces de unirse al centro activo. En este principio se basa la acción de muchos medicamentos.

Los fármacos actúan a menudo como análogos estructurales de ligandos (ligandos no naturales) —sustancias químicas que imitan la estructura del socio natural de la proteína. Son capaces de interaccionar con el centro activo y modular la función de la molécula:

• Agonista: se une al centro y potencia la función de la proteína.
• Antagonista: reduce o bloquea por completo la función.

Si el ligando natural y su análogo sintético compiten por el mismo sitio de unión, se denominan moduladores competitivos. La mayoría de los fármacos e incluso los venenos peligrosos actúan como inhibidores de proteínas. A menudo se obtienen mediante modificación química dirigida de la estructura de los ligandos naturales.

Ejemplo clínico: el neurotransmisor acetilcolina, responsable de la transmisión del impulso nervioso a través de las sinapsis colinérgicas. Se libera en la hendidura sináptica y se une a la proteína receptora de la membrana postsináptica. Existen dos tipos de receptores:

1. Receptores M (muscarínicos): localizados en el músculo liso. Interaccionan de forma específica con la acetilcolina y la muscarina (toxina de la amanita), provocando la contracción del músculo liso.
2. Receptores N (nicotínicos): se encuentran en las sinapsis de los músculos esqueléticos estriados. Se unen selectivamente a la acetilcolina y a la nicotina.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Formación de la estructura terciaria de la proteína
• Principio de funcionamiento del centro alostérico
• Mecanismos de catálisis enzimática (ejemplo de la tripsina)
• Función de transporte y ligandos de la albúmina
• Clasificación detallada de las proteínas conjugadas

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