Complexo proteico

Un complexo proteico ou complexo multiproteico é un grupo de dúas ou máis cadeas polipeptídicas asociadas. As distintas cadeas polipeptídicas poden ter diferentes funcións. Cando as proteínas implicadas son encimas denomínase complexo encimático ou complexo multiencimático. Isto é diferente dun polipéptido multiencimático, o cal está formado por múltiples dominios proteicos catalíticos que forman parte dunha soa cadea polipeptídica.
Os complexos proteicos constitúen unha forma de estrutura cuaternaria das proteínas. As proteínas dun complexo proteico están ligadas por interaccións proteína-proteína non covalentes, e diferentes complexos proteicos teñen distintos graos de estabilidade no tempo. Estes complexos son fundamentais en moitos (se non na maioría) dos procesos biolóxicos e en conxunto forman diversos tipos de maquinaria molecular que poden realizar un vasto conxunto de funcións biolóxicas. Cada vez máis os científicos consideran a célula como composta de complexos supramoleculares modulares, cada un dos cales realiza unha función biolóxica discreta independente.
Grazas á proximidade dos encimas nun complexo, pode mellorarse enormente a velocidade e selectividade das interaccións de unión entre complexos encimáticos e substratos, o que fai que aumente a eficiencia no funcionamento celular. Desafortunadamente, moitas das técnicas utilizadas para romper e fraccionar as células e illar proteínas causan a destrución de moitos destes grandes complexos, o que fai máis difícil determinar os compoñentes dun complexo. Exemplos de complexos proteicos son o proteasoma utilizado para a degradación molecular e a maioría das ARN polimerases. Nos complexos estables, as interfaces hidrofóbicas amplas entre proteínas normalmente deixan tapadas áreas da superficie das proteínas maiores de 2500 ángstroms cadrados. Función
A formación de complexos proteicos serve por veces para activar ou inhibir un ou máis dos membros do complexo e, deste modo, a formación de complexos proteicos pode ter efectos similares aos dunha fosforilación. Unha proteína pode participar na formación dunha variedade de complexos proteicos diferentes. Os diferentes complexos realizan diferentes funcións, e un mesmo complexo pode realiar funcións moi distintas que dependen de diversos factores. Algúns destes factores son: o compartimento celular no que está presente o complexo
o estadio do ciclo celular no que o complexo está presente
o estado nutricional da célula
outros.
Coñécense moi ben moitos complexos proteicos, especialmente no organismo modelo Saccharomyces cerevisiae (unha especie de lévedo). Neste organismo relativamente simple, estase realizando ctualmente o estudo dos complexos proteicos en todo o xenoma e a dilucidación de máis complexos proteicos de lévedos. Tipos de complexos proteicos
Complexos proteicos obrigados e non obrigados
Se unha proteína pode formar in vivo unha estrutura cristalina estable por si mesma (é dicir, sen estar asociada a outras proteínas), entón os complexos formados por esa proteína denomínanse "complexos proteicos non obrigados". Por outra parte, non se observou que certas proteínas poidan xerar unha estrutura cristalina por si soas, pero si poden atoparse formando parte dun complexo proteico que forma unha estrutura cristalina estable. Tales complexos proteicos denomínanse "complexos proteicos obrigados".
Complexos proteicos transitorios e permanentes/estables
Os complexos proteicos transitorios fórmanse e desfanse en pouco tempo in vivo, mentres que os complexos permanentes teñen unha vida media relativamente longa. Normalmente, as interaccións obrigadas (interaccións proteína-proteína nun complexo obrigado) son permanentes, mentres que as interaccións non obrigadas poden ser permanentes ou transitorias. Nótese que non hai unha distinción clara entre as interaccións obrigadas e non obrigadas, senón que o que hai é un continuo entre elas, que depende de varias condicións, por exemplo o pH, concentración de proteínas etc. Porén, hai importantes diferenzas nas propiedades das interaccións transitorias e as das permanetes/estables, xa que as estables están moi conservadas e as transitorias moito menos conservadas, e dúas proteínas que interaccionan nunha interacción estable teñen unha maior tendencia a ser coexpresadas que as que interveñen en interaccións transitorias (de feito, a probabilidade de coexpresión entre dúas proteínas que interaccionan transitoriamente non é maior que a de dúas proteínas calquera tomadas aleatoriamente), e as interaccións transitorias están moito menos colocalizadas que as interaccións estables. Con todo, malia o seu carácter pouco duradeiro, as interaccións transitorias son moi importantes para a bioloxía celular: o interactoma humano enriquécese con esas interaccións, estas interaccións son os protagonistas dominantes da regulación xénica e a transdución de sinais, e as proteínas con rexións desordenadas intrinsecamente (IDR: rexións das proteínas que mostran estruturas interconvertibles dinámicas no estado nativo) son máis abondosas nas interaccións de sinalización e reguladoras transitorias.
Complexo borroso
Os complexos proteicos borrosos (fuzzy complexes) teñen máis dunha forma estrutural ou unha desorde estrutural dinámica no estado unido. Isto significa que as proteínas poden non pregarse completamente en complexos transitorios ou permenentes. En consecuencia, complexos específicos poden ter interaccións ambiguas, que varían de acordo cos sinais ambientais. Por tanto, as diferentes ensamblaxes das estruturas dan lugar a distintas (mesmo ás veces opostas) funcións biolóxicas. As modificacións postraducionais, as interaccións entre proteínas ou o empalme alternativo modulan as ensamblaxes conformacionais destes complexos borrosos, para axustar finamente a afinidade ou especificidade das interaccións. Estes mecanismos son con frecuencia utilizados para a regulación como parte da maquinaria de transcrición eucariótica. Proteínas esenciais en complexos proteicos
Aínda que algúns estudos iniciais parecían indicar que había unha forte correlación entre a esencialidade dunha proteína e o grao de interacción da proteína (a regra da “centralidade-letalidade”), as análises posteriores mostraron que esta correlación é feble para as interaccións binarias ou transitorias (por exemplo, nun sistema de dobre híbrido de lévedo). Porén, a correlación é forte para redes de interaccións de cocomplexos estables. De feito, un número desproporcionado de xenes esenciais pertencen a complexos proteicos. Isto fixo chegar á conclusión de que a esencialidade é máis ben unha propiedade das máquinas moleculares (é dicir, dos complexos) que dos compoñentes individuais. Wang et al. (2009) atoparon que os complexos proteicos máis grandes teñen maior probabilidade de ser esenciais, o que explica por que é máis probable que os xenes esenciais teñan un grao de interacción de cocomplexos alto. Ryan et al. (2013) utilizaron o termo "esencialidade modular" para referirse á observación de que complexos enteiros parecen ser esenciais. Estes autores tamén indicaron que os complexos tenden a estar compostos tanto de proteínas esenciais coma non esenciais en vez de presentar unha distribución aleatoria das mesmas (ver Figura). Porén, este non é un fenómeno de todo ou nada: só un 26% (105/401) dos complexos de lévedo constaban só de subunidades esenciais ou só de subunidades non esenciais.
Nos humanos os xenes que codifican produtos proteicos que pertencen ao mesmo complexo é máis probable que dean lugar ao mesmo fenotipo dunha enfermidade. Proteínas homomultiméricas e heteromultiméricas
As subunidades dunha proteína multimérica poden ser idénticas ás dunha proteína homomultimérica (homooligomérica) ou diferentes ás dunha proteína heteromultimérica. Moitas proteínas de membrna e solubles forman complexos homomultiméricos na célua, e a maioría das proteínas de Protein Data Bank son homomultiméricas. Os homooligómeros son responsables da diversidade e especificidade de moitas vías, e poden mediar e regular a expresión xénica, a actividade de encimas, canles iónicas, receptores, e procesos de adhesión celular.
As canles de potasio reguladas por voltaxe da membrana plasmática dunha neurona son proteínas heteromultiméricas compostas de catro subunidades alfa (de entre as corenta subunidades alfa coñecidas). As subunidades deben ser da mesma subfamilia para poder formar a canle proteica multimérica. A estrutura terciaria da canle permite que os ións flúan a través do interior hidrofóbico da membrana plasmática. Os conexóns son un exemplo de proteína heteromultimérica composta de seis conexinas idénticas. Unha agrupación de conexóns forma unha unión comunicante entre dúas neuronas que transmiten sinais por medio dunha sinapse eléctrica. Determinación da estrutura
A estrutura molecular dos complexos proteicos pode determinarse por técnicas experimentais como a cristalografía de raios X, análise de partículas simples ou resonancia magnética nuclear. Cada vez utilízase máis a opción teórica de atraque proteína–proteína. Un método que se utiliza comunmente para identificar os complexos é a inmunoprecipitación. Recentemente, Raicu e colegas desenvolveron un método para determinar a estrutura cuaternaria de complexos proteicos en células vivas. Este método está baseado na determinación da eficiencia da transferencia de enerxía de resonancia de Förster (FRET) a nivel de píxel conxuntamente co uso de microscopio de dous fotóns resolto espectralmente. A distribución das eficiencias de FRET simúlanse con respecto a diferentes modelos para obter a xeometría e estequiometría dos complexos. Ensamblaxe
A correcta ensamblaxe de complexos multiproteicos é moi importante, xa que se é deficiente as consecuencias poden ser desastrosas. Para estudar a secuencia de esamblaxe, os investigadores estudan os pasos intermedios da vía de esamblaxe. Unha técnica deste tipo é a espectrometría de masas electrospray, que pode identificar diferentes estados intermedios simultaneamente. Isto levou ao descubrimento de que moitos complexos seguen unha secuencia de ensamblaxe ordenada. Nos casos nos que é posible unha ensamblaxe desordenada, o cambio dun estado ordenado a un desordenado leva o complexo á transición desde a función á disfunción, xa que a ensamblaxe desordenada orixina agregación.
A estrutura das proteínas xoga un papel no modo en que se ensambla o complexo proteico. As interfaces entre as proteínas poden utilizarse para predicir as secuencias de ensamblaxe. A flexibilidade intrínseca das proteínas tamén xoga un papel: as proteínas máis flexibles permiten que se poida dispoñer dunha maior área superficial para a interacción.
Aínda que a ensamblaxe é un proceso diferente da desensamblaxe, as dúas son reversibles tanto nos complexos homoméricos coma heteroméricos. Deste xeito, o proceso global pode denominarse (des)ensamblaxe.
Importancia evolutiva da ensamblaxe de complexos multiproteicos
En complexos homomultiméricos, as proteínas homoméricas ensámblanse de modo que imitan a evolución. É dicir, na historia evolutiva do complexo está presente un intermediario no proceso de ensamblaxe.
O fenómeno oposto obsérvase en complexos heteromultiméricos, onde a fusión de xenes ocorre de maneira que preserva a vía de ensamblaxe orixinal.