«Cremallera de leucina» (Leucine zipper)
Este tipo de estructura supersecundaria está destinado principalmente a la dimerización, es decir, la unión firme de dos moléculas proteicas independientes. Este motivo es sumamente característico de las proteínas de unión al ADN, las cuales realizan sus funciones no de forma aislada, sino formando parte de grandes complejos oligoméricos.
Arquitectura y características geométricas La base del motivo está formada por segmentos en $\alpha$-hélice situados en la superficie de las proteínas en contacto. La principal característica estructural es la presencia de al menos cuatro residuos de leucina, los cuales se encuentran insertados en la cadena polipeptídica con una periodicidad estricta. La leucina aparece exactamente cada seis aminoácidos, es decir, ocupa cada séptima posición.
Dado que una vuelta completa de la $\alpha$-hélice clásica incluye 3,6 residuos de aminoácidos, dicha periodicidad da lugar a un efecto espacial interesante. Los residuos de leucina se sitúan en la superficie de cada segunda vuelta y se alinean en una línea recta estrictamente a lo largo de un lado de la hélice.
Mecanismo de unión Cuando dos de estas hélices se aproximan, los radicales de leucina «expuestos» hacia el exterior de una molécula interactúan fuertemente con los radicales similares de la otra. Entre ellos surgen potentes interacciones hidrófobas. Esta interacción recuerda al cierre de los dientes de una cremallera, lo que dio nombre a la estructura. Como resultado, se forma un contacto muy fuerte entre las subunidades.
Significado biológico basado en el ejemplo de las histonas Un ejemplo excelente del funcionamiento de la «cremallera de leucina» son las histonas, proteínas del núcleo celular necesarias para el empaquetamiento del ADN. Contienen una enorme cantidad de aminoácidos cargados positivamente (hasta el 80% de su composición corresponde a arginina y lisina). Para formar el nucleosoma, las moléculas de histonas deben unirse en un octámero (un complejo de 8 monómeros). Sin embargo, las cargas positivas del mismo signo provocan una repulsión electrostática muy fuerte. Precisamente los contactos hidrófobos de las «cremalleras de leucina» permiten superar esta repulsión y mantener firmemente unidas a las histonas.
«Dedo de cinc» (Zinc finger)
Esta variante de estructura supersecundaria es de importancia crítica para las proteínas específicas que se unen al ADN. Visualmente, representa un pequeño fragmento alargado en la superficie de la globina proteica, cuya forma recuerda a un dedo.
Estructura y coordinación del ion metálico Por término medio, la longitud de un «dedo» es de unos 20 residuos de aminoácidos. Para que este bucle alargado conserve su forma y no se destruya, requiere un factor estabilizador fiable. Su papel lo desempeña un átomo de cinc ($Zn^{2+}$).
El ion cinc central se coordina mediante los radicales de cuatro aminoácidos. Existen dos variantes principales de dicha coordinación:
- Tipo clásico: el cinc se une a dos residuos de cisteína (Cys) y dos residuos de histidina (His).
- Tipo alternativo: el cinc interactúa simultáneamente con cuatro residuos de cisteína.
En la estructura primaria de la proteína, estos aminoácidos coordinadores se disponen de una manera determinada: un par de residuos de cisteína próximos entre sí está separado del segundo par de aminoácidos coordinadores (histidinas o cisteínas) por una cadena compuesta de aproximadamente 12 aminoácidos.
Función y especificidad de la interacción con el ADN
La estructura formada del «dedo de cinc» incluye una región en $\alpha$-hélice. Precisamente esta $\alpha$-hélice es la responsable del contacto directo con el ácido nucleico. Se introduce con precisión en el surco mayor del ADN y se une a sus regiones reguladoras.
La propiedad más importante de este motivo estructural es garantizar la especificidad individual. A qué secuencia concreta de nucleótidos se fijará la proteína depende por completo de la composición de aminoácidos en la región de la $\alpha$-hélice del «dedo» (estos aminoácidos se indican con frecuencia mediante el código de una sola letra, por ejemplo: E, V, K, F, S, A, L, R).
Tales motivos son típicos de las proteínas reguladoras, por ejemplo, de los receptores de hormonas esteroideas. Su tarea principal es participar en la regulación fina de la transcripción, es decir, el proceso de lectura de la información genética desde la matriz de ADN hacia una molécula de ARN.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué otros motivos estructurales de proteínas de unión al ADN existen, además del «dedo de cinc» y la «cremallera de leucina»?
Además del «dedo de cinc» y la «cremallera de leucina», existe el motivo estructural de unión al ADN denominado «$\alpha$-hélice — giro — $\alpha$-hélice».
- «$\alpha$-hélice — giro — $\alpha$-hélice» es una estructura supersecundaria en la cual una hélice larga se sitúa en el surco mayor del ADN, mientras que la corta se encuentra de manera transversal al surco menor. Esta organización estructural es específica y característica de los procariotas.
¿Qué proteínas reguladoras, además de las histonas, utilizan la «cremallera de leucina» para su dimerización?
Además de las histonas, la «cremallera de leucina» es utilizada por proteínas que actúan como factores de transcripción.
- Factores de transcripción — son proteínas de unión al ADN que funcionan formando parte de complejos oligoméricos. Sus cadenas polipeptídicas interactúan entre sí a través de enlaces hidrófobos entre regiones que contienen residuos de leucina.
Es fácil recordar la coordinación del cinc: «El dedo de cinc se sujeta al ADN con dos Cys y dos His, mientras que la cremallera de leucina se cierra en cada 7.° diente».
Preguntas de clases y exámenes
A qué nivel de organización estructural pertenecen los motivos «dedo de zinc» y «cremallera de leucina»?
Estos elementos representan variantes de la estructura supersecundaria de la proteína. Se forman debido a una disposición espacial determinada de las $\alpha$-hélices y bucles.
¿Qué enlace químico mantiene unidos a los monómeros en la «cremallera de leucina»?
La interacción entre las cadenas polipeptídicas en este motivo está garantizada por las interacciones hidrófobas entre los radicales de leucina situados en las superficies de las hélices que entran en contacto.
¿Por qué las histonas necesitan tanto la «cremallera de leucina»?
Las histonas contienen mucha arginina y lisina, debido a lo cual poseen una fuerte carga positiva y se repelen mutuamente. La «cremallera de leucina» permite superar esta repulsión electrostática y ensamblar las histonas en un octámero estable.
Qué más repasar sobre el tema
- Complexes oligoméricos de histonas y formación del nucleosoma
- Mecanismo de interacción de las alfa-hélices con el surco mayor del ADN
- Especificidad de los radicales de aminoácidos en el reconocimiento de secuencias nucleotídicas
- Papel de los receptores de hormonas esteroideas en la regulación de la transcripción
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