Estructura terciaria de las proteínas

Una proteína plegada en su estado nativo o conformación nativa suele tener una energía libre de Gibbs (una combinación de entalpía y entropía ) menor que la de su conformación desplegada. Una proteína tenderá a adoptar conformaciones de baja energía, lo que determinará su plegamiento en el entorno celular . Dado que muchas conformaciones similares tendrán energías similares, las estructuras proteicas son dinámicas y fluctúan entre estas estructuras similares.

Las proteínas globulares tienen un núcleo de residuos de aminoácidos hidrofóbicos y una región superficial de residuos hidrofílicos cargados y expuestos al agua . Esta disposición puede estabilizar las interacciones dentro de la estructura terciaria. Por ejemplo, en las proteínas secretadas , que no están bañadas en el citoplasma , los enlaces disulfuro entre residuos de cisteína ayudan a mantener la estructura terciaria. Existe una similitud en las estructuras terciarias estables observadas en proteínas de diversa función y evolución . Por ejemplo, el barril TIM , llamado así por la enzima triosafosfato isomerasa , es una estructura terciaria común, al igual que la estructura de hélice enrollada dimérica altamente estable . Por lo tanto, las proteínas pueden clasificarse según las estructuras que presentan. Las bases de datos de proteínas que utilizan dicha clasificación incluyen SCOP y CATH .

La cinética de plegamiento puede atrapar una proteína en una conformación de alta energía ; es decir, una conformación intermedia de alta energía bloquea el acceso a la conformación de menor energía. Esta conformación de alta energía puede contribuir a la función de la proteína. Por ejemplo, la hemaglutinina del virus de la gripe es una cadena polipeptídica única que, al activarse, se escinde proteolíticamente para formar dos cadenas polipeptídicas. Estas dos cadenas se mantienen en una conformación de alta energía. Cuando el pH local disminuye, la proteína experimenta un reordenamiento conformacional energéticamente favorable que le permite penetrar la membrana de la célula huésped .

Algunas estructuras proteicas terciarias pueden existir en estados de larga duración que no son el estado más estable esperado. Por ejemplo, muchas serpinas (inhibidores de serina proteasas) muestran esta metaestabilidad . Experimentan un cambio conformacional cuando una proteasa corta un bucle de la proteína . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

Se suele asumir que el estado nativo de una proteína es también el termodinámicamente más estable y que, dada su cinética química , alcanzará dicho estado antes de ser traducida . Las chaperonas proteicas presentes en el citoplasma celular ayudan a los polipéptidos recién sintetizados a alcanzar su estado nativo. Algunas proteínas chaperonas son altamente específicas en su función, como la proteína disulfuro isomerasa ; otras son de función general y pueden ayudar a la mayoría de las proteínas globulares, como el sistema procariota GroEL / GroES y las proteínas de choque térmico eucariotas homólogas (el sistema Hsp60/Hsp10).

La predicción de la estructura terciaria de las proteínas se basa en conocer su estructura primaria y comparar la posible estructura terciaria predicha con las estructuras terciarias conocidas en las bases de datos de proteínas . Esto solo tiene en cuenta el entorno citoplasmático presente durante la síntesis proteica en la medida en que un entorno citoplasmático similar también haya influido en la estructura de las proteínas registradas en la base de datos.

La estructura de una proteína, como una enzima , puede cambiar al unirse a sus ligandos naturales, por ejemplo, un cofactor . En este caso, la estructura de la proteína unida al ligando se conoce como estructura holo, mientras que la proteína no unida tiene una estructura apo. ^{[ 9 ]}

Estructura estabilizada por la formación de enlaces débiles entre las cadenas laterales de aminoácidos - Determinada por el plegamiento de la cadena polipeptídica sobre sí misma (los residuos no polares se encuentran dentro de la proteína, mientras que los residuos polares se encuentran principalmente fuera) - El envolvimiento de la proteína acerca la proteína y relaciona a ubicada en regiones distantes de la secuencia - La adquisición de la estructura terciaria conduce a la formación de cavidades y sitios adecuados para el reconocimiento y la unión de moléculas específicas (bioespecificidad).

La cristalografía de rayos X es la herramienta más común para determinar la estructura de las proteínas . Proporciona una alta resolución de la estructura, pero no ofrece información sobre la flexibilidad conformacional de la proteína .

La espectroscopia de RMN de proteínas ofrece una resolución relativamente baja de la estructura proteica. Se limita a proteínas pequeñas. Sin embargo, puede proporcionar información sobre los cambios conformacionales de una proteína en solución.

La microscopía electrónica criogénica (crio-EM) puede proporcionar información sobre la estructura terciaria y cuaternaria de una proteína. Es especialmente adecuada para proteínas grandes y complejos simétricos de subunidades proteicas .

La interferometría de polarización dual proporciona información complementaria sobre las proteínas capturadas en la superficie. Ayuda a determinar los cambios estructurales y conformacionales a lo largo del tiempo.

El proyecto Folding@home de la Universidad de Pensilvania es una iniciativa de investigación en computación distribuida que utiliza aproximadamente 5 petaFLOPS (≈10 x86 petaFLOPS) de capacidad de cómputo disponible. Su objetivo es encontrar un algoritmo que prediga de forma consistente las estructuras terciaria y cuaternaria de las proteínas a partir de su secuencia de aminoácidos y sus condiciones celulares. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Puede encontrar una lista de software para la predicción de la estructura terciaria de proteínas en la página "Lista de software para la predicción de la estructura de proteínas" .