(regresar a la estructura del enlace peptídico)
Cuando nosotros observamos un automovil, sabemos que se trata de un automovil. Más aún, la mayoría de nosotros acertaríamos a identificar el motor, la cajuela, las puertas, las llantas y muchos otros componentes del vehículo. Esto lo podríamos hacer incluso si el automovil es un modelo nuevo de una compañía desconocida con un diseño novedoso.
Lo anterior resulta sorprendente cuando meditamos en el hecho de que la mayoría de nosotros nunca ha escuchado (y mucho menos estudiado) la definición de cajuela o de llanta. Pero, la explicación a esta habilidad reside en las numerosas ocaciones en que hemos observado de cerca un automovil y nos hemos visto en la necesidad de referirnos a sus distintas partes.
Esta situación puede extenderse a otras áreas del conocimiento humano y evidencía el hecho de que una buena comprención de la estructura y la utilidad de una cierta clase de objetos requiere un proceso que implica:
Una cierta familiaridad con el objeto en cuestión y su estructura.
Un análisis de las características generales de un objeto de dicha clase (proceso que con frecuencia es inconciente).
Identificar las partes se pueden distinguir en él y que son parte integral del objeto, así como aquellas accesorias que no siempre están presentes.
Derivar concepciones más o menos abstractas de lo que el objeto es y de sus partes (también con frecuencia de modo inconciente).
Esto es lo que trataremos de hacer a continuación con la estructura tridimensional de las proteínas. Desafortunadamene, la estructura tridimensional de una proteína no es algo que encontramos cotidiamnemente. No es ni siquiera parecida a otros objetos macroscópicos que se encuentren un nuestro entorno. Sin embargo, en la actualidad es posible consultar y estudiar la estructura de una gran cantidad de proteínas en el servidor del Banco de Datos Cristalográficos de Proteínas (Protein Data Bank), que se encuentraba en los Laboratorios Nacionales de los EUA en Brookheaven, NY, pero que ha sido movido a las instalaciones de ...
En el recuadro del lado izquierdo encontrará una ventana en la que podrá ver la extructura de varias proteínas en diferentes formatos. Estas immágenes nos ayudarán a entender mejor como están estruturadas las proteínas y no facilitarán reconocer sus partes, mismas que luego estudiaremos con más detalle.
Seleccione primeramente la hemoglobina en el modelo espacial y coloreada por cadena (tiene que picar tres botones, si alguno de los botones se encuentra ya presionado, presione otro botón del mismo grupo, i.e. molécula, vista o color y luego seleccione el botón deseado de nuevo, eso forzará a "CHIME" a re-ejecutar el script correspondiente).
Lo que observará es una imágen de un molécula bastante compacta, en general las proteínas presentan conformaciones compactas, lo que indica la existencia de gran cantidad de interacciones débiles entre los restos de aminoácidos que forman una cadena y también entre las cadenas que forma un proteína. Las cuatro regiones de la proteína que se representan con colores diferentes indican que se requieren 4 cadenas polipeptídicas independientes para construir la hemoglobina natural en su estado activo. A la conformación natural de una proteína en su forma activa se le denomina estructura nativa.
En este caso, la hemoglobina posee cuatro secuencias de aminoácidos, cada una de ellas se halla unida mediante enlaces péptidicos. Sin embargo, la unión de cada cadena de aminoácidos con las tres restantes no requiere de enlaces peptídicos y con frecuencia no existen entre ellas enlaces covalentes (aunque como veremos después, algunas veces si los hay).
Decimos que la hemoglobina es una proteína oligomérica (o también multimérica), es decir formada por varias cadenas de aminoácidos interacactuantes. Cada cadena de aminoácidos que forma parte de una proteína recibe el nombre de subunidad.
-¿Poseen todas las proteínas subunidades?
No, muchas proteínas no poseen subunidades. Pero aquellas que si las poseen se consideran proteínas con estructura cuaternaria. Decimos que la estructura cuaternaria de las proteínas es el nivel de estructuración más alto dentro de una proteína.
Para ver ahora una proteína sin estructura cuaternaria seleccione la RNAsa, la vista esquemática y el color por estructura. Lo que observará es una representanción en la que las cadenas laterales de los aminoácidos no se muestran y el esqueleto NCaC=O está dibujado como un listón.
La representación elegida no muestra el verdadero volumen de una proteína, pero nos da una idea de la organización general. Aquí, podrá encontrar un extremo del listón y si lo sigue, observará que dicho listón es contínuo hasta el final de la proteína. Este listón sigue la dirección del esqueleto -NCC- de la proteína unido mediante enlaces péptidicos. Es decir, la RNAsa es una proteína sin estructura cuaternaria, porque toda ella consta de una sóla subunidad; decimos que se trata de una proteína monomérica y, como ya se podrá imaginar, la organización de esta proteína tan sólo alcanza en nivel de estructura terciaria.
Luego entonces, decimos que la organización global de un polipéptido con todas sus características corresponde a la estructura terciaria de dicha cadena. Así, la hemoglobina posee estructura cuaternaria y cada una de sus 4 subunidades posee su propia estructura terciaria (aunque en realidad, las características de la estructura de cada subunidad las hacen casi idénticas). Para que pueda apreciar esto, seleccione de nuevo la Hemoglobina y escoja la vista esquemática (recuerde picar antes otra vista para liberar el botón) y color por cadena.
Ahora, elija la vista esquemática de la fosfolipasa y coloreada por estructura. En este esquema de colores podrá apreciar que la estructura general del polipéptido posee regiones en las que el esqueleto de la cadena adopta conformaciones distintas. Por ejemplo, podrá encontrar regiones en las que el polipéptido adopta una forma espiral o helicoidal. Podrá observar otras regiones en las que el listón es casi recto (con una leve curvatura), en una conformación bastante "estirada". Podrá observar también conformaciones que dan lugar a giros en la dirección de la cadena, asas y regiones de forma "caprichosa".
Dichos elementos se pueden observar en la estructura de diversas proteínas, aunque no todos están presentes en todas las proteínas (para comprobar lo anterior vea otras proteínas en la vista esquemática coloreada por estructura). Todos estos elementos que hemos mencionado arriba poseen características estructurales bien definidas, regulares y, cuando aparecen, su forma no varía significativamente de una proteína a otra. Así, estos elementos pueden considerarse como "las partes" de las estructura terciaria y pertenecen a la categoría de la estructura secundaria.
Debido a su regularidad, una forma sencilla de definir la estrucutra secundaria es a través de la dirección de la cadena descrita en términos de los ángulos dihedros f y y, los cuales adoptan valores iguales en cada aminoácido que forma parte de una región helicoidal, de una región plana o en cada posición equivalente de las vueltas. A pesar de que pudiera pensarse que existen numerosas maneras en las que una cadena polipeptídica puede adoptar estructuras helicoilades o estructuras estiradas, la realidad es que tan sólo un número limitado de elementos de estructura secundaria han sido descritos. La explicación a la reducida deversidad de estructuras securdarias se fundamenta en la flexibilidad restringida que poseen los enlaces peptídicos.
Aunque esto no es evidente cuando sólo se conoce un pequeño número de estructuras de proteínas, los estudiosos de las estructura tridimensional de estas moléculas has encontrado que los elementos de estructura secundaria presentan patrones de agrupamiento similares en muchas proteínas. Por poner un ejemplo, un patrón común es una región helicoidal seguida de un segmento estirado y que se continua con segundo segmento helicoidal, para referirse a este patrón con más facilidad se le ha dado el nombre de plegamiento de Rosman. Estos patrones frecuentes en las proteínas se agrupan en la categoría genérica de motivos de estructura supersecundaria. Evidentemente, dentro de la estructura terciaria de una proteína podemos encontrar un número diverso de estos elementos que forman parte de la misma.
Finalmente, el análisis de muchas proteínas ha permitido encontrar que dentro de la estuctura terciaria existen regiones que poseen una cierta independencia en su organización, como si se plegasen ligeramente separadas una de otra, sin que en realidad dejen de establecer contactos entre si. A menudo estas regiones poseen la capacidad de realizar una parte de la función de la proteína completa, como podría ser la habilidad de reconocer a una molécula específica o se interactuar con otra macromolécula. En muchos casos, si por medios artificiales es posible separar esta región del resto de la cadena del polipéptido, este segmento de la cadena adopta una estructura semejante a la que presenta en la proteína completa y sigue siendo capaz de interaccionar con su ligando específico.
A estas regiones, que son tan variables como las proteínas mismas se les conoce como dominios. Los dominios pueden presentarse en todas las proteínas, ya que corresponden a subconjuntos de la estructura terciaria. Una estructura terciaria puede estar compuesta por uno o por varios dominios.
Resumiendo: Una proteína con estructura cuaternaria posee varias subunidades, cada una con su estructura terciaria que incluye a uno o más dominios, dentro de los dominios podemos reconocer diversos motivos de estructura supersecundaria, los que a su vez están formados por dos o más segmentos de estructura secundaria ordenados de una cierta manera y además, podemos también reconocer elementos de estructura secundaria aislados que completan la organización de cada dominio. Aunque, no todas las proteínas poseen estructura cuaternaria, ya que existen muchas proteínas monoméricas que tan sólo llegan al nivel de estructura terciaria (poseen una subunidad), en las proteínas multiméricas cada subunidad se identifica por la presencia de cadenas de aminoácidos unidos secuencialemtne mediante enlaces peptídicos, pero que son independientes de las subunidades restantes, ya que no hay entre ellas continuidad en la secuencia de aminoácidos, más bien, la interacción entre subunidades se mantiene a través de otro tipo de enlaces químicos entre los que predominan las fuerzas débiles.
(Fuerzas básicas que estabilizan la estructura de las proteínas)