Fundamentos de la Estructura Proteica: Plegamiento, Hélice Alfa y Dominios Funcionales

Estructura Secundaria de las Proteínas

La estructura secundaria (E. Secundaria) es una conformación regular repetida periódicamente a lo largo de la cadena polipeptídica y se mantiene mediante puentes de hidrógeno (Puentes de H) entre los grupos amida de los enlaces peptídicos.

Alfa-Hélice ($\alpha$-Hélice)

La hélice alfa se define como un plegamiento del esqueleto polipeptídico alrededor de un eje imaginario que corre longitudinalmente a través de la hélice. Las cadenas laterales de los aminoácidos (AA) emergen hacia el exterior de la hélice.

La estructura de las alfa hélices está estabilizada por enlaces puente de H entre grupos amino y grupos carbonilo. Todos los enlaces peptídicos participan en la formación de puentes de H entre el grupo CO de un aminoácido y el grupo NH del aminoácido situado a 3 o 4 residuos de distancia en la secuencia lineal (i+3 o i+4).

Residuos que Desestabilizan la $\alpha$-Hélice

• Glicina (Gly): Su grupo R (H) le confiere demasiada flexibilidad.
• Residuos voluminosos: Triptófano (Trp).
• Residuos ramificados en el carbono $\beta$: Treonina (Thr) o Valina (Val).
• Prolina (Pro): La prolina rompe la hélice alfa. No existe giro libre alrededor del enlace N-C como sucede cuando participa en otro aminoácido. El nitrógeno (N) del enlace peptídico carece de átomo de H, por lo que no puede formar puentes de H.

Hoja Plegada Beta ($\beta$-Hoja)

El esqueleto polipeptídico se extiende en zigzag. Los segmentos polipeptídicos se alinean en una conformación casi completamente extendida. Las cadenas laterales se disponen alternativamente a uno u otro lado de la hoja.

Los puentes de H juegan un papel crucial en el mantenimiento de esta estructura. Se establecen entre los enlaces peptídicos de cadenas adyacentes o entre diferentes segmentos de una misma cadena.

Existen varios tipos de hojas plegadas $\beta$:

• Hoja plegada $\beta$ paralela: Las cadenas polipeptídicas adyacentes se orientan en la misma dirección.
• Hoja plegada $\beta$ antiparalela: Las cadenas polipeptídicas adyacentes se orientan en direcciones opuestas.
• Hoja plegada $\beta$ mixta y retorcida.

Giro Beta ($\beta$-Giro)

Los giros beta son estructuras que conectan segmentos de la cadena y presentan las siguientes características:

1. Es una estructura que no se repite.
2. Cambia la dirección de la cadena 180º.
3. Conecta entre sí cadenas $\beta$ antiparalelas.
4. Son giros cortos y cerrados e implican 4 residuos.
5. Se forman puentes de H entre los residuos i e i+3.

Estructura Terciaria de las Proteínas

La estructura terciaria (E. Terciaria) está definida por su organización tridimensional global, es decir, por el plegamiento de sus elementos estructurales secundarios y la disposición espacial de sus cadenas laterales.

Propiedades y Funcionalidad

1. Residuos lejanos en la estructura primaria pueden quedar cerca en el espacio.
2. Es una estructura compacta que excluye las moléculas de agua de su interior. La ausencia de agua facilita interacciones iónicas y enlaces de H.
3. En el interior se agrupan la mayor parte de los residuos hidrofóbicos para evitar el contacto con el agua. La mayoría de los residuos polares se localizan en la superficie de la proteína, donde pueden establecer interacciones favorables con las moléculas de agua.
4. En proteínas con una sola subunidad, la E. Terciaria es ya la estructura final de la proteína, la estructura nativa funcional.

Estabilización de la Estructura Terciaria

La estructura terciaria se estabiliza por interacciones débiles o covalentes entre las cadenas laterales de residuos pertenecientes a la misma cadena:

• Interacciones electrostáticas.
• Interacciones hidrofóbicas.
• Unión de Van der Waals.
• Enlaces puente de H.
• Puentes disulfuro (enlaces covalentes).

Dominios Proteicos

Las cadenas polipeptídicas que están constituidas por más de 200 aminoácidos suelen plegarse formando dos o más agrupaciones globulares conocidas como dominios, que confieren a estas proteínas una apariencia bi- o multilobular.

La mayor parte de los dominios están constituidos por 100 o 200 residuos de aminoácidos. Están formados por asociaciones de estructuras supersecundarias.

Se definen como unidades estructurales de plegamiento independiente dentro de una estructura terciaria. Los dominios se pliegan de forma compacta y tienen las características de una proteína globular pequeña. Normalmente tienen una función particular, por lo que son unidades funcionales.