Fundamentos de la Estructura Proteica y el Empaquetamiento del ADN Celular

Estructura de las Proteínas

Estructura Primaria

La estructura primaria está definida por la secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica. Especifica el número de aminoácidos (Aa) de cada clase y el orden en el que están alineados. Esta estructura se mantiene mediante enlaces peptídicos covalentes, y su secuencia es determinada por el mensaje genético del ADN. La secuencia de aminoácidos es fundamental, ya que determina la configuración tridimensional que le confiere a la proteína su función biológica.

Estructura Secundaria

La estructura secundaria se refiere a los patrones de plegamiento local de la cadena polipeptídica, estabilizados por puentes de hidrógeno.

Hélice Alfa (α)

Aunque los enlaces peptídicos no pueden girar entre sí, los carbonos alfa (Cα) sí pueden rotar, formando una hélice alfa dextrógira que contiene aproximadamente 3.6 aminoácidos por vuelta. Los grupos carbonilo (C=O) de un aminoácido y los grupos amino (N-H) de otro quedan enfrentados, formando puentes de hidrógeno que estabilizan la hélice. Los radicales (cadenas laterales) se proyectan hacia el exterior; sin embargo, si son muy voluminosos, pueden desestabilizar la hélice, al igual que la presencia de prolina o hidroxiprolina.

Lámina Beta (β)

En la lámina beta, se establecen puentes de hidrógeno entre dos o más cadenas polipeptídicas paralelas o antiparalelas adyacentes. La lámina presenta un leve plegamiento en forma de zigzag. Las cadenas pueden ser paralelas o antiparalelas, dependiendo de si los enlaces peptídicos discurren en el mismo o en distinto sentido. Como en todas las estructuras secundarias, los puentes de hidrógeno son fundamentales para su estabilidad. Los radicales se proyectan por encima o por debajo del plano de la lámina. Además, existe también la estructura de triple hélice del colágeno, que es una forma particular de estructura secundaria.

Estructura Terciaria

Si la cadena de polipéptidos mantiene predominantemente una estructura secundaria lineal, se clasifica como una proteína fibrosa. Si la estructura secundaria se pliega en una forma tridimensional compacta, se trata de una proteína globular, en la que aminoácidos distantes en la secuencia primaria quedan unidos mediante un proceso espontáneo. Aunque cada proteína se pliega de una forma específica, existen principios comunes:

• Plegamiento estable que excluye el agua del interior.
• Grupos R hidrófilos orientados hacia el exterior.
• Grupos R hidrófobos ubicados en el interior.

Una vez plegada, se establecen diversas interacciones que estabilizan la estructura:

• Puentes de hidrógeno entre grupos peptídicos y grupos R.
• Interacciones hidrofóbicas.
• Enlaces iónicos entre cadenas laterales.

En la estructura terciaria se determina la función biológica específica de la proteína. Cuando las cadenas polipeptídicas se doblan formando regiones compactas y funcionalmente independientes, se denominan dominios proteicos.

Estructura Cuaternaria

La estructura cuaternaria se forma cuando dos o más cadenas polipeptídicas (subunidades) se unen mediante enlaces no covalentes, dando lugar a un oligómero. Cada una de estas cadenas es un monómero, que puede ser igual o diferente. Un ejemplo clásico es la hemoglobina, compuesta por cuatro subunidades.

Ultraestructura del ADN

El ADN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas asociado a proteínas, formando la cromatina, que da lugar a los cromosomas durante la división celular. Un cromosoma es una molécula larga de ADN que, al asociarse a proteínas, reduce significativamente su longitud.

Las proteínas asociadas al ADN son de dos tipos principales: histonas y no histonas. Las histonas principales son H1, H2A, H2B, H3 y H4. Estas histonas, junto con el ADN, constituyen la estructura básica del cromosoma: la fibra nucleosómica, que está formada por unidades repetitivas llamadas nucleosomas.

Cada nucleosoma consiste en un octámero de histonas alrededor del cual se enrollan aproximadamente 147 pares de bases de ADN. La histona H1 se asocia al ADN de enlace (linker DNA) entre nucleosomas, contribuyendo a la compactación. La fibra de 10 nm (nucleosomas en forma de 'collar de perlas') se condensa aún más en estructuras de orden superior, como los dominios en bucle. Un mayor empaquetamiento da lugar a estructuras como las 'superbolas' y el solenoide, culminando en la formación del cromosoma metafásico altamente condensado.