Fundamentos de la Arquitectura Proteica: Estructuras Primaria, Secundaria, Terciaria y Cuaternaria

1. Estructura Primaria

Es la secuencia lineal de aminoácidos que constituyen una proteína específica y esencial para su función, la cual determina su estructura tridimensional final. El esqueleto en zigzag está formado por el encadenamiento de aminoácidos mediante enlaces peptídicos. Presenta un extremo N-terminal (amino libre), a partir del cual se numeran los residuos de aminoácidos hasta el extremo C-terminal (carboxilo libre). Se caracteriza por la composición y secuencia específica de dichos aminoácidos.

2. Estructura Secundaria

Es el plegamiento de la estructura primaria. La rotación de los carbonos y los puentes de hidrógeno establecen la unión entre el carboxilo de unos enlaces peptídicos y el amino de otros; las cadenas laterales (R) distribuidas a lo largo de la cadena adoptan determinadas posiciones en el espacio. En este proceso participan proteínas especiales llamadas chaperonas. La sucesión de placas articuladas de la estructura primaria queda estabilizada cuando adopta alguna de las siguientes formas:

• α-hélice: La cadena polipeptídica gira a derechas, formando una hélice dextrógira (3,6 aminoácidos por vuelta). En el interior de la hélice se forman puentes de hidrógeno entre los grupos carboxilo y amino, que mantienen la estructura, situándose las cadenas laterales hacia el exterior.
• β-laminar: Dos cadenas polipeptídicas, procedentes o no de la misma proteína, se disponen de forma paralela o antiparalela (en zigzag). Se establecen puentes de hidrógeno entre los esqueletos peptídicos, situándose las cadenas laterales hacia arriba y hacia abajo de la lámina, de forma alterna.

3. Estructura Terciaria

Es la forma que adopta la cadena polipeptídica en el espacio. Para muchas proteínas, este es el nivel máximo de organización. Resultado de todas las estructuras secundarias locales, las proteínas adquieren una forma tridimensional (conformación), que se mantiene gracias a interacciones químicas entre grupos de las cadenas laterales de los aminoácidos separados en la secuencia polipeptídica. Las interacciones son:

• Puentes de hidrógeno: Entre las cadenas de aminoácidos polares sin carga (entre los grupos CO y NH de los enlaces peptídicos).
• Interacciones electrostáticas: Entre grupos –COO- y –NH3+ de aminoácidos ácidos y básicos, respectivamente (cargas opuestas).
• Interacciones hidrofóbicas: Entre las cadenas laterales de los aminoácidos hidrofóbicos, que tienden a quedar en el interior de la estructura, aislados del agua.
• Enlaces covalentes disulfuro: Entre los átomos de azufre (S) de la cadena lateral de la cisteína.

Las proteínas pueden adoptar dos tipos de conformación:

• Globular: Estructura tridimensional compacta y aproximadamente esférica, que contribuye a la solubilidad. Es típica de proteínas con función dinámica (ej. hemoglobina).
• Fibrosa: Estructura tridimensional alargada, que hace a la proteína insoluble. Es típica de proteínas con función estructural (ej. colágeno).

4. Estructura Cuaternaria

Consiste en la unión de varias cadenas polipeptídicas o monómeros, que dan lugar a dímeros, trímeros, etc. Solo ocurre en algunas proteínas, que pueden estar formadas por monómeros iguales o diferentes entre sí. Las fuerzas que mantienen unidos los monómeros son los puentes de hidrógeno, las interacciones electrostáticas e hidrofóbicas y los puentes disulfuro.

Conformación Nativa

Es la única conformación tridimensional en la que la proteína es biológicamente activa. Es la más estable energéticamente y depende de la secuencia de aminoácidos. Las proteínas adquieren esta estructura a medida que se sintetizan en los ribosomas. Las proteínas chaperonas moleculares asisten al correcto plegamiento de muchas proteínas.