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Plegado de proteínas
Introducción al plegado de proteínas
El plegado de proteínas es el proceso mediante el cual una cadena proteica adquiere su estructura tridimensional nativa. Es un aspecto fundamental de la biología molecular, la bioquímica y la biología estructural. La forma de una proteína es importante porque determina la función de la proteína. Si una proteína no se pliega en la forma correcta, no puede funcionar correctamente, lo que lleva a enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson y la fibrosis quística.
Conceptos básicos de la estructura de proteínas
Las proteínas están compuestas por aminoácidos unidos en cadenas largas, que generalmente varían de 50 a 2000 aminoácidos. La secuencia de aminoácidos está definida por la estructura primaria de la proteína y está codificada por el gen correspondiente.
Estructura primaria
La estructura primaria de una proteína es una simple secuencia lineal de aminoácidos. Está mantenida por enlaces covalentes conocidos como enlaces peptídicos. Un ejemplo se puede representar de la siguiente manera:
Ala-Gly-Ser-Val-Pro-Leu
En esta secuencia, cada código de tres letras representa un aminoácido, y los guiones indican los enlaces peptídicos que los mantienen unidos.
Estructura secundaria
La estructura secundaria se refiere a estructuras plegadas localmente que se forman dentro de un polipéptido debido a interacciones entre átomos de la columna vertebral. Las estructuras secundarias más comunes son la hélice α y la lámina β.
hélice α: Una hélice dextrógira que resulta de enlaces de hidrógeno entre átomos clave, generalmente cada cuarto aminoácido. lámina β: Una estructura similar a una hoja que consiste en cadenas beta que están lateralmente unidas por al menos dos o tres enlaces de hidrógeno de la columna vertebral.
El patrón de enlaces de hidrógeno en una hoja β se ve así:
Estructura terciaria
La estructura terciaria es la estructura 3D general de una sola molécula de proteína; la relación espacial de las estructuras secundarias entre sí. Este nivel de estructura está determinado por interacciones entre las cadenas laterales (grupos R) de los aminoácidos:
- Interacciones hidrofóbicas
- Enlaces de hidrógeno
- Puentes disulfuro
- Fuerzas de Van der Waals
Aquí hay un ejemplo de cómo un polipéptido se pliega en una proteína globular típica:
Estructura cuaternaria
La estructura cuaternaria es una estructura formada por varias moléculas de proteína (cadenas de polipéptidos), comúnmente llamadas subunidades proteicas, que funcionan como un solo complejo proteico.
Fuerzas que impulsan el plegado de proteínas
El plegado de proteínas está dirigido principalmente por interacciones bioquímicas:
- Interacciones hidrofóbicas, que colapsan la estructura para minimizar el contacto con el agua.
- Los enlaces de hidrógeno estabilizan las proteínas plegadas al formar enlaces entre el hidrógeno y los dipolos eléctricos.
- Fuerzas de Van der Waals, atracciones débiles entre átomos estrechamente espaciados.
- Vínculos disulfuro, enlaces covalentes que estabilizan la estructura plegada.
Vías de plegado de proteínas
Las proteínas se pliegan a través de varias vías para alcanzar su forma funcional. Estas vías incluyen un colapso rápido en un estado globular fundido seguido de una búsqueda lenta para encontrar la estructura nativa. Estos pasos se pueden resumir de la siguiente manera:
- Formación de estructura secundaria: hélice α y lámina β
- Colapso rápido a un estado más denso: esfera fundida
- Alcanzar el estado original a través de varios estados intermedios
Chaperonas y plegado de proteínas
Las chaperonas moleculares son proteínas que ayudan a otras proteínas a plegarse correctamente. Ayudan a evitar el mal plegado y la agregación que podría conducir a una posible toxicidad celular. Ejemplos incluyen Hsp60s, Hsp70s y chaperoninas.
Mal plegado de proteínas y enfermedad
El mal plegado o el plegado incorrecto de proteínas pueden causar enfermedades. Las proteínas mal plegadas pueden agregarse en formas tóxicas. Algunos ejemplos de trastornos causados por el mal plegado de proteínas incluyen:
- Enfermedad de Alzheimer: Péptidos β-amiloides mal plegados se agregan para formar placas.
- Enfermedad de Parkinson: La proteína α-sinucleína mal plegada causa agregación.
- Fibrosis quística: Una sola eliminación de fenilalanina causa el mal plegado de la proteína CFTR.
Termodinámica y plegado de proteínas
En condiciones fisiológicas, el proceso de plegado es generalmente termodinámicamente favorable. Puede representarse mediante la ecuación:
ΔG = ΔH – TΔS
donde ΔG es el cambio en la energía libre de Gibbs, ΔH es el cambio en la entalpía, T es la temperatura y ΔS es el cambio en la entropía. El estado plegado nativo de una proteína generalmente se considera que tiene su energía libre de Gibbs más baja.
Investigación pionera y direcciones futuras
La investigación temprana sobre el plegado de proteínas fue liderada por científicos como Christian Anfinsen, quien creía que toda la información necesaria para plegar una proteína estaba contenida en su secuencia de aminoácidos. Su famoso experimento con ribonucleasa A llevó a esta conclusión, que se convirtió en la base para futuras investigaciones.
Nuevos modelos computacionales como AlphaFold han revolucionado nuestra capacidad para predecir estructuras proteicas con notable precisión, lo que tiene el potencial de ayudar a comprender enfermedades complejas y el descubrimiento de fármacos.
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