Arquitectura de proteínas III

Por lo visto la localización celular también define la composición de las proteínas y por ende su estructura. O mejor dicho, la evolución ha seleccionado proteínas con secuencias capaces de plegarse para adquirir la conformación adecuada a la función en la localización celular y cumpliendo los requisitos termodinámicos que estabilizan a las proteínas.

Necesitamos clasificar, así que como criterios muy (muy) generales y amplios, podemos definir tres tipos de proteínas en función de la localización celular:

-Proteínas citosólicas: solubles en agua. Para que las proteínas sean solubles, deben ser compactas, globulares, es decir, más o menos esféricas, con grupos polares en la superficie para que interactúen con el agua de forma que se establezcan enlaces entre la proteína y las moléculas de agua de su alrededor y así se produzca una verdadera disolución de la proteína. Por tanto, la evolución ha seleccionado proteínas con secuencias capaces de plegarse de modo que los aminoácidos hidrófobos se oculten en el interior de la estructura y los polares aparezcan decorando la superficie. La razón es que esta distribución estabiliza el estado plegado del polipéptido.

Debemos mencionar también que el interior de la célula es un medio reductor luego no se pueden dar las oxidaciones para crear puentes disulfuro, por lo que las proteínas citosólicas no disponen de puentes disulfuro.

Las proteínas citosólicas suelen tener función catabólica, son enzimas y por lo tanto deben tener una forma química y estérica que les permita reconocer a su sustrato.

La siguiente imagen corresponde a la proteína apoferritina de caballo visualizada mediante RasWin. La apoferritina es una proteína citosólica encargada de almacenar hierro. En esta imagen mediante los comandos que nos permite RasWin hemos seleccionado los aminoácidos hidrofóbicos y los hemos coloreado en rojo y los aminoácidos polares en azul. A la izquierda la proteína vista desde fuera y a la derecha la misma proteína vista desde dentro, cortada transversalmente mediante el comando “Modo Aserrado”. A primera vista observamos que aproximadamente existe la misma cantidad de aminoácidos polares que apolares sin embargo se puede comprobar cómo los aminoácidos hidrofóbicos se alojan predominantemente en el interior de la proteína mientras que los aminoácidos polares predominan en la superficie externa de la proteína.   

-Proteínas de membrana plasmática: son proteínas en las cuales todos o unas parte de los aminoácidos se encuentran en contacto con la membrana plasmática. La membrana plasmática celular es una bicapa lipídica cuyo interior es muy hidrofóbico. Esto supone que las regiones embebidas en la membrana plasmática deben ser muy ricas en aminoácidos apolares.

Estas proteínas suelen ser receptores celulares o transportadores de membrana.

-Proteínas extracelulares: son proteínas que una vez sintetizadas en el citosol son liberadas al exterior para realizar su función. Como hemos mencionado anteriormente las proteínas intracelulares no poseen puentes disulfuro, solo las extracelulares (medio oxidativo) son capaces de formarlos. Al salir al exterior de la célula, entran en juego las proteínas disulfuro-isomerasas que permite el barajamiento de puentes S-S posibles hasta que se forman lo que permiten el plegamiento. Asi, una vez plegada, la proteína se esconde de este enzima.

Generalmente estas proteínas tienen función enzimática, estructural de señalización o de defensa.

Hablaremos ahora de la hemolisina que nos ilustra de ejemplo de proteína extracelular y embebida en la membrana plasmática. La hemolisina es una proteína que consta de 7 unidades con una horquilla β hidrofóbica. Se trata de una proteína de ataque de algunas bacterias como Staphylococcus aureus para competir contra otras bacterias. La hemolisina ataca a otras bacterias insertándose en sus membranas, literalmente atraviesan sus membranas plasmáticas y hacen que salgan todos sus iones ya que no se mantienen los gradientes, produciendo la muerte bacteriana.

La siguiente imagen corresponde a la proteína hemolisina de visualizada mediante RasWin. Hemos seleccionado los aminoácidos hidrofóbicos y los hemos coloreado en rojo y los aminoácidos polares en azul. A la izquierda la proteína vista desde fuera y a la derecha la misma proteína vista desde dentro, cortada transversalmente mediante el comando “Modo Aserrado”. Lo particularmente interesante de esta imagen es como los aminoácidos de la superficie proteica que no están en contacto con la membrana plasmática, bicapa lipídica y por tanto hidrofóbica son polares, mientras que los que sí están en contacto son apolares. La distribución desigual de tipos de aminoácidos es muy ilustrativa.