Estrutura terciaria das proteínas

O termo estrutura terciaria das proteínas utilízase para referirse á forma xeométrica das proteína. A estrutura terciaria presenta unha soa cadea polipeptídica na cal pode haber partes ou dominios proteicos con distintas estruturas secundarias. A estrutura terciaria está estabilizada por enlaces e interaccións de diversos tipos entre as cadeas laterais dos aminoácidos da proteína, que poden ser pontes disulfuro covalentes entre cisteínas, interaccións iónicas, hidrófobas, de Van der Waals e pontes de hidróxeno. A estrutura terciaria das proteínas está definida polas súas coordenadas atómicas. Estas coordenadas poden referirse a un dominio proteico ou á estrutura terciaria da proteína completa. Varias cadeas polipeptídicas, cada unha coa súa estrutura terciaria, poden pregarse xuntas formando unha proteína con estrutura cuaternaria. Determinantes da estrutura terciaria
As proteínas globulares teñen unha parte central con residuos de aminoácidos apolares ou hidrófobos e unha rexión superficial exposta á auga, cargada, con residuos polares ou hidrófilos. Esta disposición pode estabilizar as interaccións da estrutra terciaria. Por exemplo, nas proteínas que son segregadas, que non están disolvidas no citoplasma, as pontes disulfuro entre residuos de cisteína axudan a manter a estrutra terciaria.
A primeira proteína cuxa estrutura terciaria se coñeceu con detalle atómico foi a mioglobina. Ten 153 aminoácidos e 8 hélices alfa que comprenden o 70 % da molécula, unidas por tramos curvos e bucles, e carece de simetría. O interior da proteína está formado por residuos apolares (principalmente leucina, valina, metionina e fenilalanina), que están moi empaquetados e deixan pouco espazo libre, pero hai alí tamén dúas histidinas, encargadas de unirse ao ferro do grupo prostético hemo e ao oxíxeno. Na parte exterior están os residuos polares (aspartato, glutamato, lisina e arxinina) e tamén algúns non polares. A proteína é máis estable termodinamicamente se ten a maioría dos residuos apolares afastados da auga do medio, polo que se prega de modo que estes queden no interior, onde poden establecer enlaces de Van der Waals. Esta disposición de grupos polares en contacto coa auga e non polares fóra do contacto coa mesma é xeral na maioría das estruturas terciarias; así, as proteínas de membrana porinas, que forman un poro acuoso, teñen residuos polares revestindo o poro, mentres que o lado oposto, en contacto cos lípidos apolares da membrana, ten residuos apolares.
Coñécense un gran número de estruturas terciarias de proteínas con diversas funcións e evolución, e as proteínas poden clasificarse polas súas estruturas terciarias. Por exemplo, o barril TIM, denominado así polo encima triosafosfatoisomerase, é unha estrutura terciaria común, xa que é a estrutura de hélice superenrolada dimérica máis estable. Hai bases de datos de proteínas que clasifican as proteínas polas súas estruturas como SCOP e CATH.
A estrutura terciaria está máis conservada evolutivamente que a estrutura primaria, porque a terciaria está máis asociada coa función da proteína que a secuencia de aminoácidos. Un exemplo desta conservación son as globinas transportadoras de oxíxeno.
Estabilidade dos estados nativos
O estado nativo ou conformación nativa dunha proteína é a súa conformación máis típica nas condicións celulares.
Proteínas chaperonas
Asúmese xeralmente que o estado nativo dunha proteína é tamén o máis termodinamicamente estable, e que a proteína adopta o seu estado nativo, dada a súa cinética química, durante e despois da súa tradución. Nalgúns casos, as proteínas chaperonas que se encontran no citoplasma da célula axudan aos péptidos acabados de sintetizar a adoptar o seu estado nativo. Algunhas proteínas chaperonas son moi específicas na súa función; por exemplo, a proteína disulfuro isomerase; outras son máis xerais na súa función e poden axudar a conformar a máis proteínas globulares, por exemplo, o sistema procariótico GroEL/GroES de proteínas, e as proteínas de choque térmico eucarióticas homólogas (o sistema Hsp60/Hsp10).
Trampas cinéticas
A cinética de pregamento pode atrapar unha proteína nunha conformación de alta enerxía. Esta conformación pode contribuír á función da proteína. Por exemplo, a proteína hemaglutinina do virus da gripe é unha soa cadea polipeptídica, que cando se activa é clivada proteoliticamente para formar dúas cadeas polipeptídicas. As dúas cadeas mantéñense nunha conformación de alta enerxía. Cando o pH local cae, a proteína sofre un rearranxo conformacional enerxeticamente favorable que lle permite atravesar a membrana da célula hóspede.
Metaestabilidade
Algunhas estruturas terciarias de proteínas poden existir en estados de longa vida distintos do estado máis estable esperado. Por exemplo, moitas serpinas (inhibidores das serina proteases) mostran metaestabilidade. Sofren un cambio conformacional cando unha protease corta un bucle da proteína.
Ambiente citoplasmático
A predición da estrutura terciaria dunha proteína depende do coñecemento da estrutura primaria e da comparación da estrutura terciaria posible predita con estruturas terciarias coñecidas en bases de datos de proteínas. Isto só ten en conta o ambiente citoplasmático presente no momento da síntese da proteína porque o ambiente citoplasmático influíu tamén nas estruturas das proteínas rexistradas nas bases de datos proteicas. Determinación da estrutura terciaria das proteínas
O coñecemento da estrutra terciaria das proteínas globulares solubles é máis avanzado que o que se ten das proteínas de membrana porque o primeiro é máis fácil de estudar coa tecnoloxía dispoñible. Chapter 14. ISBN 0-19-991083-9, 9780199910830. Consultado at Google Books 8 de decembro de 2013. </ref> Os métodos actuais poden determinar, sen predición, as estruturas terciarias cunha resolución de 5 Å (0, 5 nm) de pequenas proteínas (<120 residuos), e, en condicións favorables, predicións de estruturas secundarias confiables.
Cristalografía de raios X
A cristalografía de raios X é a ferramenta máis común que se utiliza para determinar a estrutura das proteínas. Proporciona unha alta resolución da estrutura pero non dá información sobre a flexibilidade conformacional da proteína.
Resonancia magnética nuclear
A resonancia magnética nuclear de proteínas dá unha resolución comparativamente menor das estruturas das proteínas. Está limitada a proteínas máis pequenas, pero pode proporcionar información sobre cambios conformacionais dunha proteína en solución.
Interferometría de polarización dual
A interferometría de polarización dual proporciona información complementaria sobre proteínas capturadas en superficies. Axuda a determinar a estrutura e cambios de conformación co paso do tempo. Proxectos sobre a estrutura terciaria das proteínas
Algoritmo de predición
O proxecto Folding@home da Universidade Stanford é un esforzo de investigación de computación distribuída que usa aproximadamente 5 petaFLOPS (~10 x86 petaFLOPS) de potencia de computación. Pretende encontrar un algoritmo que prediga consistentemente as estruturas terciaria e cuaternaria das proteínas dadas as secuencias de aminoácidos das proteínas e as súas condicións celulares.
Enfermidades de agregación de proteínas
As enfermidades de agregación de proteínas como a enfermidade de Alzheimer e a de Huntington e as enfermidades priónicas como a encefalopatía esponxiforme bovina poden ser mellor comprendidas construíndo (e reconstruíndo) modelos de enfermidades. Isto faise causando a enfermidade en animais de laboratorio, por exemplo administrando unha toxina, como a MPTP que causa a enfermidade de Parkinson, ou por medio de manipulación xenética.
A predición da estrura de proteínas é un novo modo de crear modelos de enfermidades, que poden evitar o uso de animais.