Arquitectura de proteínas II

La función de las proteínas depende de su estructura. Su estructura depende de su composición química. Su composición química depende de la información genética.

La información genética reside en el genoma, DNA. En humanos, aproximadamente un 2% del genoma tiene información que puede ser transcrita a RNA y traducida a proteína en el ribosoma, de acuerdo a su información y siguiendo las instrucciones del código genético (dogma central de la biología molecular: vida). 

El genoma, por tanto, dicta la disposición en la que se ordenan los aminoácidos (eslabones) que componen las proteínas y por tanto su estructura (y por tanto su función).

La gran variedad de formas (y funciones) que presentan las proteínas se debe a sus componentes: los aminoácidos. Existen 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas sintetizas en el ribosoma, algunos pueden ser sintetizados por la célula (no esenciales) y otros deben ser incorporados por la dieta (esenciales). Las proteínas se estructuran gracias a estos veinte eslabones que se unen mediante enlaces químicos de tipo peptídico. Estos aa difieren químicamente (variación, el ingrediente esencial de la evolución). Así, por ejemplo, una proteína pequeña compuesta de unos 100 aa podría construirse 20¹⁰⁰ veces diferente, es decir:

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tipos diferentes de proteínas!

Pero es que además, las proteínas una vez sintetizadas, pueden sufrir modificaciones químicas (modificaciones post-traduccionales) en algunos aminoácidos, aumentando más (aún) la variabilidad.

Todos los aminoácidos presentan un carbono alfa unido a un hidrógeno, un grupo amino y un grupo carboxilo, y una cadena lateral R que varía químicamente entre aminoácidos.

Los aminoácidos se clasifican en función de la naturaleza química de su cadena lateral R. Es difícil clasificar los aminoácidos. Pero de clasificaciones vive el hombre…

La clasificación general puede tener muchas objeciones, por ejemplo, la glicina no es demasiado apolar o la tirosina (considerada apolar) contiene un grupo –OH unido a su cadena lateral aromática…

Estas piezas del “puzle”, con sus diferentes características químicas, determinan la función de las proteínas, algunas de estas características deben ser tenidas en cuenta en la arquitectura de proteínas, como las siguientes diez:

1)  Aproximadamente la mitad de los aminoácidos son polares y la otra mitad apolares.

2)  Glicina: gracias a su cadena lateral pequeña (hidrógeno) proporciona gran flexibilidad a las proteínas dado que puede adquirir ángulos de torsión en las cadenas proteicas sin producir choques estéricos.

3)  Alanina: su cadena lateral en forma de grupo metilo no participa en ningún mecanismo catalítico, y su función es meramente estructural.

4)  Prolina: es rígido y su grupo amino, cuando forma parte de un enlace peptídico, no puede actuar como donador en puentes de hidrógeno.

5)  En los aminoácidos aromáticos, las nubes π de los anillos aromáticos, pueden actuar como aceptores de puentes de hidrógeno y también pueden interaccionar con grupos cargados negativamente.

6)  Serina y cisteína, son parte esencial del centro catalítico de muchas enzimas por la capacidad de los –OH y –SH de actuar como nucleófilos.

7)  Las cadenas laterales de dos cisteínas pueden formar puentes disulfuro.

8)  La histidina por su pKa próximo a 7, es el catalizador ácido/base por excelencia de las enzimas.

9)  Los grupos carboxilo y amino, comunes a todos los aminoácidos, desaparecen cuando los aa se polimerizan para formar proteínas, quedando sólo los grupos aminos y carboxilo de los extremos de la proteína.

10)   Las proteínas, al plegarse, ponen en contacto a aminoácidos alejados en la secuencia primaria; estos aminoácidos pueden interaccionar en función de su naturaleza química. Estas interacciones son: interacciones hidrofóbicas, interacciones de Van der Waals, puentes de hidrógeno e interacciones electrostáticas. Además, los aminoácidos también interaccionan con el medio en el que se encuentran presente, medio acuoso o medio hidrofóbico.