Proteínas oligoméricas e interacción de protómeros
Muchas proteínas en el organismo humano y de otros seres vivos no funcionan como cadenas aisladas, sino como complejos complejos. Las proteínas compuestas por varias cadenas polipeptídicas se denominan oligoméricas. Cada cadena polipeptídica individual en dicho complejo recibe el nombre de protómero.
El número de protómeros en la molécula puede variar considerablemente. Por ejemplo, la molécula de hemoglobina contiene 4 protómeros, la enzima aspartato aminotransferasa consta de 12 y la proteína del virus del mosaico del tabaco incluye hasta 2120 subunidades. Debido a esta estructura, las proteínas oligoméricas siempre poseen un gran peso molecular.
La interacción entre los protómeros se produce gracias a la estricta complementariedad de sus superficies de contacto. Se unen entre sí mediante numerosos enlaces no covalentes débiles:
- Interacciones hidrófobas;
- Enlaces iónicos;
- Puentes de hidrógeno.
De hecho, la interacción de un protómero con los demás puede considerarse un caso particular clásico de interacción del sistema «proteína-ligando», donde cada protómero actúa como un ligando específico para el vecino. Dependiendo de su composición, los oligómeros se dividen en homodímeros (formados por protómeros absolutamente idénticos) y heterodímeros (que contienen subunidades de estructura diferente).
Centros funcionales de los heterodímeros
Si una proteína consta de diferentes protómeros, en su superficie se forman centros de unión con estructuras espaciales variadas. El esquema clásico de la estructura de una proteína dimérica implica la presencia de dos subunidades principales, cada una de las cuales cumple una función específica.
- El centro activo se localiza en una de las subunidades. Su tarea principal es unirse a un ligando específico. Precisamente durante esta unión se manifiesta la función básica principal de dicha proteína.
- El centro alostérico (regulatorio) se encuentra en el otro protómero, separado espacialmente del centro activo. Está destinado a la unión con una sustancia especial: el ligando alostérico (efector). Este centro no participa en la realización de la función básica, pero controla estrictamente su intensidad.
Regulación alostérica y efecto cooperativo
La capacidad de regulación alostérica (es decir, regulación mediante la unión de diferentes ligandos) es una propiedad clave de las proteínas oligoméricas, así como de las proteínas con una marcada estructura de dominios. Precisamente esta propiedad las diferencia de forma cardinal de las proteínas monoméricas simples (por ejemplo, la diferencia entre el oligómero de hemoglobina y el monómero de mioglobina).
El mecanismo de regulación alostérica funciona de la siguiente manera:
- El efector interactúa con el centro alostérico.
- Gracias a la alta labilidad conformacional de la proteína, esta unión provoca cambios conformacionales inmediatos en toda la estructura compleja del oligómero.
- La reorganización espacial afecta la afinidad del centro activo por su ligando específico.
- Como resultado, la función de la proteína se potencia o se inhibe.
Las sustancias que potencian la función de la proteína se denominan activadores, mientras que las que la deprimen son inhibidores.
Una consecuencia fundamental de la estructura cuaternaria es el efecto cooperativo. Este es un fenómeno en el cual la interacción de la proteína oligomérica con al menos un ligando provoca cambios cooperativos (conjuntos) en la conformación y función de absolutamente todos los protómeros de la molécula.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuál es la principal diferencia estructural entre la hemoglobina y la mioglobina?
La principal diferencia estructural radica en la presencia de estructura cuaternaria en la hemoglobina y su ausencia total en la mioglobina.
| Característica | Hemoglobina (Hb) | Mioglobina (Mb) |
|---|---|---|
| Nivel de organización | Oligómero (tetrámero) | Monómero |
| Número de cadenas | 4 cadenas polipeptídicas | 1 cadena polipeptídica (un protómero) |
| Estructura cuaternaria | Presente | Ausente |
En la hemoglobina, las cadenas polipeptídicas están unidas entre sí mediante numerosos enlaces no covalentes, mientras que la mioglobina es incapaz de formar una estructura cuaternaria.
¿Participan los enlaces disulfuro en la formación de la estructura cuaternaria de las proteínas?
Sí, pero en las fuentes proporcionadas esto se confirma como un caso particular para las inmunoglobulinas, mientras que la descripción general de la estructura cuaternaria indica que está estabilizada por enlaces no covalentes. En las inmunoglobulinas, los enlaces disulfuro son enlaces covalentes que unen cadenas individuales dentro del monómero; en las IgG, conectan las cadenas pesadas entre sí en la región de la bisagra. En las moléculas poliméricas de inmunoglobulinas, los enlaces disulfuro conectan los monómeros entre sí; la IgM tiene forma pentamérica y la IgA, dimérica. La mayoría de las proteínas intracelulares descritas en la fuente no poseen enlaces disulfuro en su estructura terciaria.
¿Qué sustancias específicas actúan como efectores alostéricos para la hemoglobina?
En las fuentes proporcionadas para la hemoglobina se indica explícitamente el efecto de la concentración de CO2 y H+ sobre la afinidad de la Hb por el O2: este es el efecto Bohr. El aumento de H+ y CO2 en los tejidos disminuye la afinidad de la hemoglobina por el O2 y favorece la liberación de oxígeno. Acerca del 2,3-bifosfoglicerato (2,3-BPF), en la fuente solo hay una mención incompleta («El papel del 2,3-BPF...»), por lo que a partir del fragmento provisto no se puede afirmar su acción como un hecho confirmado.
¿De qué tipos específicos de cadenas polipeptídicas consta la molécula de hemoglobina del adulto?
La hemoglobina principal de los eritrocitos del adulto (Hb A) tiene una estructura tetramérica y consta de dos tipos de cadenas polipeptídicas.
- Cadenas alfa (cadenas $\alpha$): la molécula siempre contiene dos subunidades de este tipo, cada una de las cuales consta de 141 residuos de aminoácidos.
- Cadenas beta (cadenas $\beta$): el segundo par de subunidades está representado por dos cadenas, cada una de las cuales incluye 146 residuos de aminoácidos.
En conjunto, esta composición de cadenas polipeptídicas ($2\alpha$ y $2\beta$) constituye aproximadamente el 98% de toda la hemoglobina del adulto.
Para recordar la diferencia entre los centros, imagine un automóvil: el centro activo es el motor (realiza el trabajo principal) y el centro alostérico son los pedales de acelerador y freno (efectores activadores e inhibidores), que se encuentran en otro lugar pero regulan el funcionamiento del motor.
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué es la estructura cuaternaria de una proteína?
Es el modo de unión y el número de cadenas polipeptídicas individuales (protómeros) que componen una molécula proteica funcional única (oligómero).
¿Qué enlaces mantienen unidos a los protómeros?
Los protómeros se unen exclusivamente mediante numerosos enlaces no covalentes débiles: hidrófobos, iónicos y de hidrógeno. Se forman gracias a la complementariedad de las superficies en contacto.
¿Para qué sirve el sitio alostérico?
El centro alostérico es necesario para unirse a los efectores (activadores o inhibidores). Esta unión altera la conformación de toda la proteína y regula la afinidad del centro activo por el ligando principal.
¿Qué significa el término «efecto cooperativo»?
Es un fenómeno en el cual la unión de un ligando a un protómero provoca un cambio síncrono en la conformación espacial y en la actividad funcional del resto de los protómeros de la molécula proteica.
Qué más repasar sobre el tema
- Características del funcionamiento de la hemoglobina como proteína oligomérica clásica
- Comparación de las propiedades de la mioglobina y la hemoglobina
- Mecanismos detallados de los cambios conformacionales durante la regulación alostérica
- Especificidad de la interacción «proteína-ligando»
- Estructura y funciones de las proteínas con organización de dominios
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