Estructura terciaria de las proteínas

Mecanismo de formación del glóbulo proteico

El proceso de plegamiento de una proteína en un glóbulo compacto se debe a la naturaleza química de los aminoácidos. La formación de la estructura sigue dos direcciones principales:

1. Formación del núcleo hidrófobo. Los radicales apolares (hidrófobos) de los aminoácidos tienden a evitar el contacto con el agua. Se agrupan dentro de la molécula debido a interacciones hidrófobas y fuerzas de van der Waals, formando un centro interno denso.
2. Formación de la cubierta hidrófila. En la superficie de la proteína permanecen radicales hidrófilos, que pueden ser tanto ionizados como no ionizados. Precisamente esta superficie externa entra en contacto con el medio circundante y garantiza una buena solubilidad de las proteínas globulares en agua.

Tipos de enlaces en la estructura terciaria

La forma espacial se mantiene gracias a las interacciones entre los radicales de los aminoácidos. Se distinguen cuatro tipos principales de estos enlaces:

• Enlaces iónicos: atracción electrostática entre grupos con cargas opuestas.
• Enlaces de hidrógeno: se forman entre diversos grupos hidrófilos no cargados.
• Interacciones hidrófobas: cohesión de radicales apolares dentro del glóbulo.
• Enlaces disulfuro: puentes covalentes fuertes que surgen durante la oxidación e interacción de los grupos SH de dos residuos de cisteína. Sirven para la estabilización adicional de la estructura de ciertas proteínas.

Nota: si los residuos hidrófilos quedan ocultos por accidente dentro del núcleo hidrófobo, aún son capaces de interactuar entre sí, formando enlaces de hidrógeno o iónicos.

Labilidad conformacional y homeostasis

Las interacciones iónicas, de hidrógeno e hidrófobas pertenecen a la categoría de enlaces débiles. Su energía supera solo ligeramente la energía del movimiento térmico habitual de las moléculas. La conformación final de la proteína se mantiene gracias a una gran cantidad de tales contactos débiles.

Los átomos dentro de la molécula se encuentran en constante movimiento. Esto provoca la ruptura continua de unos enlaces débiles y la formación de otros nuevos, lo que genera desplazamientos locales de segmentos de la cadena. La capacidad de la proteína para cambiar ligeramente su forma se denomina labilidad conformacional.

El estado de trabajo de la molécula se denomina conformación nativa. En condiciones de homeostasis (constancia del medio interno), la labilidad natural no impide que la proteína cumpla sus funciones. Sin embargo, si el medio interno cambia drásticamente —por ejemplo, si se producen picos en la concentración de protones, iones de calcio o glucosa—, la conformación de la proteína se altera, lo que conduce a la pérdida de su actividad funcional.

Dominios estructurales y su dinámica

Las cadenas polipeptídicas largas a menudo no forman una única esfera, sino que se pliegan en varias regiones compactas separadas: los dominios. Cada dominio posee su propia estructura terciaria independiente y se asemeja a una pequeña proteína separada. La presencia de dominios facilita significativamente el proceso de plegamiento correcto de toda la molécula compleja.

Los dominios no son estáticos. Cuando el centro activo de una enzima se une a un ligando, los dominios pueden cambiar de posición. Un ejemplo clásico es la enzima hexocinasa, que cataliza la transferencia de un grupo fosfato desde el ATP a la glucosa. Su centro activo está ubicado en la hendidura entre dos dominios. Según el mecanismo de «trampa», cuando la hexocinasa se une a una molécula de glucosa, los dominios circundantes se cierran herméticamente, fijando de forma segura el sustrato para llevar a cabo la reacción química.

Clasificación de las proteínas globulares

Dependiendo de qué estructuras secundarias estén presentes en la molécula, las proteínas globulares se dividen en cuatro categorías:

1. La primera categoría incluye proteínas compuestas exclusivamente por $\alpha$-hélice. Ejemplos claros son la mioglobina y la cadena $\beta$ de la hemoglobina. Una característica de estas estructuras es la presencia de exactamente ocho $\alpha$-hélices en cada molécula.
2. La segunda categoría agrupa proteínas en cuya estructura están presentes tanto $\alpha$-hélices como estructuras $\beta$. Este grupo incluye la triosafosfato isomerasa y el dominio de la piruvato kinasa, de plegamiento similar.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Características estructurales de la cadena $\beta$ de la hemoglobina y de la mioglobina
• Especificidad de la reacción enzimática de la triosafosfato isomerasa
• Efecto de la concentración de iones de calcio en la conformación de las proteínas
• Diferencias entre las dos categorías restantes de proteínas globulares
• Mecanismo de fosforilación de la glucosa en el centro activo de la hexocinasa

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