Estrutura das proteínas

miniatura|350px|dereita|Estruturas das proteínas.

A **estrutura das proteínas ** describe os varios niveis de organización das moléculas de proteínas. Refírese ao conxunto de propiedades de disposición no espazo das moléculas de proteína, as cales proceden en último extremo da súa secuencia de aminoácidos, e das características físicas do medio que as rodea e a presenza de compostos simples ou complexos que as estabilicen e/ou induzan nelas un pregamento específico, distinto do esperado espontaneamente. Por tanto, deriva dos seus compoñentes, é dicir, da propia estrutura dos aminoácidos concretos que as compoñen, de como interaccionan quimicamente estes, de forma xerarquizada e específica, e está relacionada co destino celular e a función biolóxica que exercen.

## Termodinámica do pregamento 
En condicións fisiolóxicas, o proceso de pregamento dunha proteína globular está claramente favorecido termodinamicamente, é dicir, o incremento de enerxía libre global do proceso debe ser negativo (aínda que algún dos seus pasos pode ser positivo). Este cambio atínxese equilibrando unha serie de factores termodinámicos como a entropía conformacional, as interaccións carga-carga, as pontes de hidróxeno internas, as interaccións hidrófobas e as interaccións de van der Waals.
.

### Entropía conformacional 
Defínese *entropía conformacional do pregamento* como a diminución da entropía (da aleatoriedade) durante o paso desde unha multitude de conformacións de nobelo aleatorio ata unha única estrutura pregada. A enerxía libre, representada na ecuación Δ*G* = Δ*H* - *T* Δ*S*, demostra que o Δ*S* negativo realiza unha contribución positiva a Δ*G*. É dicir, o cambio de entropía conformacional oponse ao pregamento. Por tanto, o Δ*G* global, que debe ser negativo, débese a que ou ben Δ*H* é negativo e grande ou a algún outro aumento da entropía co pregamento. Na práctica danse ambas as cousas.

### Enlaces de hidróxeno internos 
[miniatura|Dúas moléculas enlazadas por medio de catro [enlace de hidróxeno|pontes de hidróxeno, representadas por liñas de puntos.]]

As cadeas laterais de moitos aminoácidos compórtanse como doadores ou como aceptores de enlaces de hidróxeno (por exemplo, no caso dos grupos hidroxilo da serina e os grupos amino da glutamina, por exemplo). Ademais, se os protóns das amidas ou os carbonilos do armazón polipeptídico non están implicados no enlace peptídico, poden interaccionar tamén neste tipo de unións estabilizadoras.

Aínda que os enlaces de hidróxeno son febles en disolución acuosa,

## Niveis de estruturación 
[miniatura|Representación da estrutura proteica a tres niveis: arriba, o [estrutura primaria|primario, que depende da composición de aminoácidos; no centro, o secundario, definido polas estruturas en hélice alfa, folla beta e semellantes; e abaixo o terciario, que depende de todos os aspectos volumétricos.]]
A estrutura das proteínas pode xerarquizarse nunha serie de niveis, interdependentes. Estes niveis corresponden a catro estruturas:
# *Estrutura primaria*, que corresponde á secuencia de aminoácidos.
# *Estrutura secundaria*, que provoca a aparición de motivos estruturais.
# *Estrutura terciaria*, que define a estrutura das proteínas compostas por un só polipéptido.
# *Estrutura cuaternaria*, cando intervén máis dun polipéptido.

### Estrutura primaria 
A estrutura primaria das proteínas refírese á secuencia de aminoácidos, é dicir, a combinación lineal dos aminoácidos por medio dun tipo de enlace covalente, o enlace peptídico. Os aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos, e unha das súas características máis importante é a coplanaridade dos radicais constituíntes do enlace.

A estrutura lineal do péptido definirá en grande medida as propiedades de niveis de organización superiores da proteína. Esta orde é consecuencia da información do material xenético: Cando se produce a tradución da información contida no ARN (copia complementaria dun xene de ADN) obtense a orde de aminoácidos que van dar lugar á proteína. Pódese dicir, por tanto, que a estrutura primaria das proteínas non é máis que a orde dos aminoácidos que as conforman.

### Estrutura secundaria 
A estrutura secundaria das proteínas é a disposición espacial local do esqueleto proteico, grazas á formación de pontes de hidróxeno entre os átomos que forman o enlace peptídico, é dicir, un tipo de enlace non covalente, sen facer referencia á cadea lateral.
Existen diferentes tipos de estrutura secundaria:
* Estrutura secundaria ordenada, (tramos repetitivos onde se encontran as hélices alfa e cadeas beta, e non repetitivos onde se encontran os xiros beta e comba beta).
* Estrutura secundaria non ordenada.

Os motivos máis comúns son a hélice alfa e a folla beta.

#### Hélice alfa 
miniatura|dereita|100 px|Hélice alfa.
Os aminoácidos nunha hélice α están dispostos nunha estrutura helicoidal dextroxira, cuns 3,6 aminoácidos por volta. Cada aminoácido supón un xiro duns 100° na hélice, e os carbonos α de dous aminoácidos contiguos están separados por 1,5Å. A hélice está estreitamente empaquetada, de forma que non hai case espazo libre dentro da hélice. Todas as cadeas laterais dos aminoácidos están dispostas cara ao exterior da hélice.

O grupo amino do aminoácido (n) pode establecer un enlace de hidróxeno co grupo carbonilo do 4º aminoácido seguinte (n+4). Desta forma, cada aminoácido (n) da hélice forma dúas pontes de hidróxeno cos grupos C=O e N-H do seu enlace peptídico e os do 4º aminoácido anterior e o 4º posterior (n+4 e n-4). En total son 7 enlaces de hidróxeno por volta. Isto estabiliza enormemente a hélice.

#### Folla beta 
A folla ou lámina beta fórmase polo posicionamento paralelo de dúas cadeas de aminoácidos dentro da mesma proteína, no que os grupos amino dunha das cadeas forman enlaces de hidróxeno cos grupos carboxilo da oposta. É unha estrutura moi estable que pode chegar a orixinarse por unha rotura dos enlaces de hidróxeno durante a formación da hélice alfa. As cadeas laterais desta estrutura están situadas sobre e baixo o plano das láminas. Ditos substituíntes non deben ser moi grandes, nin crear un impedimento estérico, xa que se vería afectada a estrutura da lámina.

### Estrutura terciaria 
É o modo en que a cadea polipeptídica se prega no espazo, é dicir, como se enrola unha determinada proteína, xa sexa **globular** ou **fibrosa**. É a disposición dos dominios no espazo.

A estrutura terciaria establécese de maneira que os aminoácidos apolares se sitúan cara ao interior e os polares cara ao exterior en medios acuosos. Isto provoca unha estabilización por interaccións hidrófobas, de forzas de van der Waals e de pontes disulfuro  (covalentes, entre aminoácidos de cisteína convenientemente orientados) e por medio de enlaces iónicos.

### Estrutura cuaternaria 
[miniatura|A [hemoglobina é unha proteína tetramérica que acostuma empregarse como exemplo de proteína con estrutura cuaternaria.]]

A estrutura cuaternaria deriva da conxunción de varias cadeas peptídicas que, asociadas, conforman un ente multimérico, que posúe propiedades distintas ás dos monómeros que o compoñen. Ditas subunidades asócianse entre si por medio de interaccións non covalentes, como poden ser pontes de hidróxeno, interaccións hidrófobas ou pontes salinas. Para o caso dunha proteína constituída por dous monómeros, un dímero, este pode ser un homodímero, se os monómeros constituíntes son iguais, ou un heterodímero, se non o son.

## Ángulos de rotación e representacións de Ramachandran 
dereita|miniatura|Ángulos de rotación na cadea peptídica. A convención da dirección de rotación positiva móstrase polo sentido da frecha.

Nunha cadea polipeptídica defínense dous enlaces do armazón que poden rotar: un é o enlace entre o nitróxeno e o Cα, e o outro o enlace entre o Cα e o osíxeno do carbonilo. Ambos os dous definen dous ángulos de rotación:

* O ángulo de rotación φ, definido polos catro átomos sucesivos do esqueleto CO-NH-Cα-CO, que implica a dous aminoácidos.
* O ángulo de rotación ψ, definido polos catro átomos sucesivos do esqueleto: NH-Cα-CO-NH, que implica a dous aminoácidos.

A orientación do eixe de xiro considerada positiva por convención móstrase na imaxe; corresponde á das agullas do reloxo.

[miniatura|[Diagrama de Ramachandran dunha proteína. As zonas enerxeticamente favorables están representadas por contornos coloreados. Cada aminoácido está representado por un punto vermello. Márcanse con cruces as glicinas, as cales non posúen cadea lateral (só un H).]]

Pódese describir, por tanto, a conformación do armazón de calquera residuo concreto dunha proteína especificando estes dous ángulos. que os usou amplamente en 1963, permiten deducir ditas conformacións. hai moitos menos dominios, motivos estruturais e pregamentos. Isto é, en parte, consecuencia da evolución. Isto significa, por exemplo, que un dominio dunha proteína pode ser trasladado dunha a outra, dando así unha nova función ás proteínas. Debido a estes mecanismos, os dominios ou motivos estruturais poden ser comúns a varias familias de proteínas.

## Cinética do pregamento das proteínas 
Aínda que o pregamento das proteínas parta dun estado lineal inicial e un final ben definidos, o proceso de pregamento non é algo brusco cun lugar de partida e un fin, senón que está pragado de intermedios temporalmente mensurables e de vital importancia. Mesmo, a estrutura final non é en absoluto estática: algúns autores imaxinan as proteínas como entidades dinámicas que continuamente mudan de estrutura, dun modo similar ao latexo cardíaco 

O pregamento dunha proteína é un acontecemento rápido, que se completa en apenas un segundo, topoloxicamente é un problema moi complexo. Este feito deu lugar ao paradoxo de Levinthal (de Cyrus Levinthal en 1968): un cálculo aproximado indica que unha cadea polipeptídica duns 120 residuos posúe unhas 1050 conformacións. Aínda que a molécula puidera intentar unha nova conformación cada 10−13 segundos, necesitaríanse uns 1030 anos para intentar un número significativo delas.

Existen substancias químicas non proteicas que poden estabilizar ás proteínas por medio do establecemento de pontes de hidróxeno, en substitución aos establecidos coa auga. Por exemplo, a trehalosa, un azucre que se emprega en biotecnoloxía para favorecer a viabilidade das solucións ricas en proteína mesmo en condicións de estrés ambiental 

As chaperonas, localizadas en todos os compartimentos celulares, agrúpanse en dúas familias xerais. O microscopio crioelectrónico converteuse recentemente nun medio para determinar as estruturas proteicas cunha resolución baixa (menos de 5 Å ou 0,5 nm) e prevese que será unha ferramenta importante para os traballos de alta resolución 
na década próxima. Esta técnica é aínda un recurso importante para científicos que están traballando en complexos moi grandes de proteínas, como a cuberta e cápside dos virus e as proteínas amiloides.

## Investigación 
Existen multitude de grupos que investigan todo o relacionado coa determinación da estrutura proteica, a súa termodinámica, cinética e implicacións. Estas últimas son de especial relevancia en neuropatoloxía, porque doenzas dexenerativas como o Alzheimer ou infecciosas como a enfermidade de Creutzfeldt-Jakob  teñen a súa causa en alteracións na estrutura das proteínas.

As ferramentas de investigación son, en moitos casos, simulacións de pregamentos feitas con programas informáticos. Os proxectos de maior actividade en canto a computación distribuída son:
* Docking@home (Universidade de Texas)
* Folding@home (Universidade de Stanford)
* Proteins@home (Escola Politécnica de Francia)
* Rosetta@home (Universidade de Washington).

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Proteína
* Encima
* Metabolismo
* Dogma de Anfinsen