ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNASUna característica de las proteínas es que poseen estructura tridimensional bien definida. Una cadena polipeptídica estirada más o menos al azar no tiene actividad biológica.En cada tipo de proteínas la cadena polipeptídica se halla plegada adoptando una conformación tridimensional específica, la cual es necesaria para su función biológica específica o para su actividad.La función nace de la conformación, organización de los átomos de manera tridimensional en su estructura.

ESTRUCTURA PRIMARIALa secuencia de un péptido viene determinada por el tipo de aminoácidos que la integran y el orden en que están ensamblados.La estructura primaria viene determinada por el número, tipo y orden de los aminoácidos que se encuentran en la cadena polipeptídica, que a su vez está codificada en la secuencia de nucleótidos de la molécula de ADN.

Cualquier variación en esta secuencia da lugar a proteínas diferentes. Al

formarse el enlace peptídico entre aminoácidos se originan tres enlaces que se repiten:

N CEnlaces sencillos de rotación libre

C C carboxílico

C carboxílicoN Enlaces peptídico, carácter parcial de doble enlace, y no posee libertad de rotación

Como la estructura primaria de un péptido determina los niveles superiores de organización, el conocimiento de la secuencia de aminoácidos es del mayor interés para el estudio de la estructura y función de las proteínasESTRUCTURA SECUNDARIA

A medida que se sintetizan las proteínas, las cadenas polipeptídicas se pliegan hasta adoptar espontáneamente la conformación espacial más estable.La estructura secundaria permite relacionar entre si aminoácidos no enlazados secuencialmente. Según esto, se pueden distinguir varios tipos de conformaciones que determinan la estructura secundaria de un péptido.

Hélice-Es una estructura semejante a un cilindro. La cadena polipeptídica principal se encuentra estrechamente arrollada a lo largo de un eje mayor, formando

la parte interior del cilindro y las cadenas laterales se extienden hacia fuera en una disposición helicoidal.La hélice- queda estabilizada por puentes de h entre los grupos NH y CO de la cadena principal.El grupo CO de cada aminoácido está enlazado por puentes de hidrógeno al grupo NH del aminoácido que vienen situado cuatro aminoácidos más adelante en la secuencia lineal. De esta manera todos los grupos CO y NH de la cadena principal quedan enlazados por puentes o enlaces de hidrógeno.

Existe una periodicidad según la cual cada vuelta del helicoide implica a 3,6 aminoácidos. Esta periodicidad permite que cada aminoácido establezca dos enlaces de hidrógeno con los aminoácidos que ocupan respectivamente, la “espira” superior e inferior.Esta conformación aparece en las -queratinas del pelo, lana, piel, cuernos y uñas.

Conformación- o en hoja plegadaEn el caso de los péptidos que adoptan esta conformación, los

enlaces de H no se establecen periódicamente entre aminoácidos pertenecientes a la misma cadena polipeptídica, sino a cadenas distintas. Las cadenas polipeptídicas paralelas o antiparalelas de la conformación- están dispuestas en láminas plegadas, unidas transversalmente por enlaces de hidrógeno intercatenario.Todos los grupos CO y NH participan en este enlace cruzado, y así confieren gran estabilidad a la estructura.

La conformación- es típica de algunas proteínas fibrosa como la fibroína de la seda, fibras hiladas por las arañas, y gusanos de seda, así como escamas, garras, picos de reptiles y pájaros.

ESTRUCTURA TERCIARIALa estructura terciaria da cuenta de la conformación global de la cadena peptídica. Las cadenas polipeptídicas, estructuradas a nivel secundario, pueden mantener su ordenamiento sin ulteriores modificaciones, sólo

introduciendo ligeras torsiones longitudinales, como en las hebras de una cuerda. Con esto se originan proteínas de estructura terciaria fibrosa; este es el caso del colágeno, la queratina del cabello, la fibroína de la seda, etc.En otros casos, más frecuentes, la cadena polipeptídica se pliega sucesivamente para dar origen a proteínas de estructura terciaria globular, presentando estructuras tridimensionales compactas que comparten varias características.

Un plegamiento compacto, con poco o ningún espacio para las moléculas de agua.

Una localización exterior de casi todos los grupos R hidrófilos. Una localización interna de casi todos los grupos R hidrófobos.

Los enlaces propios de la estructura terciaria globular pueden ser: Puente disulfuro –S-S que se establecen entre dos regiones de la

cadena donde se encuentran dos grupos SH, correspondiente a dos aminoácidos de cisteína.

Fuerzas electrostáticas, entre cadenas laterales ionizadas, con cargas de signo opuesto.

Enlaces de hidrógeno, entre átomos vecinos que pertenecen a grupos polares peptídicos, OH, NH, CO, etc, localizado en las cadenas laterales o en las cadenas peptídicas del eje de las cadenas.

Enlaces hidrofóbicos, entre radicales alifáticos o aromáticos de las cadenas laterales.

El mantenimiento del enlace hidrofóbico exige una gran proximidad de los grupos apolares de los aminoácidos. Como resultado, las moléculas

de estructura terciaria globular suelen contener un interior compacto de carácter apolar ( que excluye el agua) mientras que las cadenas laterales más polares quedan orientadas hacia la superficie, lo que permite la dispersión de las moléculas proteicas en el agua.

Los estudios de conformación, función y evolución de las proteínas también revelaron la importancia de un nivel de organización distinto, es el dominio de proteína, definido como cualquier segmento de una cadena polipeptídica que puede plegarse independientemente en una estructura compacta y estable. Un dominio consiste por lo general en 100 a 250 aminoácidos ( plegados en hélices , láminas y otros elementos de la estructura secundaria), y esta es la unidad modular a partir de la cual se forman muchas proteínas de mayor tamaño.Los diferentes dominios de una proteína a menudo se asocian con diferentes funciones.

ESTRUCTURA CUATERNARIASe manifiesta en las proteínas fibrosas o globulares formadas por la asociación de varias cadenas peptídicas. Son las llamadas proteínas oligoméricas. La estructura cuaternaria consiste en la forma en que las diversas cadenas (subunidades proteicas o protómeros) pueden estar asociadas espacialmente y autoensamblarse formando estructuras mayores.Estas unidades proteícas o protómeros que constituyen la estructura cuaternaria se pueden autoensamblar para formar estructuras mayores, dímeros (citocromo c), tetrámeros (hemoglobina), polímeros8actina, miosina, cápsida de los virus, ribosomas).La asociación entre las diferentes subunidades se establece pro uniones débiles, del tipo de puente de hidrógeno, uniones electrostáticas y fuerzas de Van der Waals.

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

DesnaturalizaciónLa desnaturalización de las proteínas consiste en la pérdida de su conformación característica y, como consecuencia de ello en la anulación de la funcionalidad biológica, cuando se someten a condiciones ambientales desfavorables. Calor excesivo, acción de sustancias que viran el pH, presencia de determinados iones o la intervención de agentes físicos. Todas ellas pueden provocar la ruptura de los puentes de hidrógeno, los puentes disulfuro, o el resto de las interacciones débiles, menos consistentes que los enlaces peptídicos que mantienen la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas.Cuando se rompen los enlaces débiles, y se deshacen las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias, las proteínas se transforman en filamentos lineales y delgados que se entrelazan unos con otros hasta formar compuestos fibrosos e insolubles en agua.Si las condiciones ambientales que provocan la desnaturalización duran poco tiempo o son poco intensas, ésta es temporal y reversible, de manera que la proteína se pliega de nuevo y adopta su conformación original, lo que demuestra que la forma de la proteína no es más que la conformación más estable de la secuencia de aminoácidos y del medio en que se encuentra (renaturalización).Si las condiciones ambientales son intensas y persistentes, los filamentos proteicos son incapaces de recuperar su forma original y permanecen de modo irreversible en el estado fibroso, insolubles en agua y sin actividad biológica.Ejemplo, coagulación de la albúmina del huevo por cocción, que pasa de tener una estructura globular y soluble en agua a adoptar una forma fibrosa e insoluble.

Carácter anfótero.A diferencia de lo que ocurre en los aminoácidos libre, los grupos -carboxílo y -amino de los aminoácidos no contribuyen a las propiedades ácido-base de las proteínas ya que, al estar formando parte del enlace peptídico desaparecen como tales grupos funcionales.Naturalmente, el grupo amino del aminoácido N-terminal y el carboxilo del C-terminal son una excepción. También contribuyen a las propiedades ácido-base de las proteínas los grupos ionizables de las cadenas laterales de sus aminoácidos, esto es los grupos básicos y los carboxilos de los ácidos.

Las proteínas tienen, por tanto, capacidad de adquirir, según el pH carga positiva o negativa y también pueden tener carga neta nula. Aunque no todos los aminoácidos contribuyen al comportamiento ácido-base de las proteínas, como el número total de aminoácidos es muy elevado, puede resultar también grande el número de aminoácidos ionizable.