L'estructura terciària d'una proteïna és la manera com es plega una cadena polipeptídica en un espai tridimensional. Aquesta conformació sorgeix a causa de la formació d'enllaços químics entre radicals d'aminoàcids allunyats entre si. Aquest procés es porta a terme amb la participació dels mecanismes moleculars de la cèl·lula i té un paper important en donar activitat funcional a les proteïnes.
Característiques de l'estructura terciària
Els següents tipus d'interaccions químiques són característics de l'estructura terciària de les proteïnes:
- iònic;
- hidrogen;
- hidrofòbic;
- van der Waals;
- disulfur.
Tots aquests enllaços (excepte el disulfur covalent) són molt febles, però a causa de la quantitat que estabilitzen la forma espacial de la molècula.
De fet, el tercer nivell de plegament de cadenes polipeptídiques és una combinació de diversos elements de l'estructura secundària (hèlix α; capes plisades β ibucles), que s'orienten a l'espai a causa d'interaccions químiques entre radicals d'aminoàcids laterals. Per indicar esquemàticament l'estructura terciària d'una proteïna, les hèlixs α s'indiquen amb cilindres o línies espirals, les capes plegades amb fletxes i els bucles amb línies simples.
La naturalesa de la conformació terciària ve determinada per la seqüència d'aminoàcids de la cadena, de manera que dues molècules amb la mateixa estructura primària en condicions iguals correspondran a la mateixa variant d'empaquetament espacial. Aquesta conformació assegura l'activitat funcional de la proteïna i s'anomena nativa.
Durant el plegament de la molècula de proteïna, els components del centre actiu s'apropen, que a l'estructura primària es poden eliminar significativament els uns dels altres.
Per a les proteïnes monocatenaris, l'estructura terciària és la forma funcional final. Les proteïnes complexes de diverses subunitats formen una estructura quaternària que caracteritza la disposició de diverses cadenes en relació entre si.
Caracterització d'enllaços químics a l'estructura terciària d'una proteïna
En gran mesura, el plegament de la cadena polipeptídica es deu a la proporció de radicals hidròfils i hidròfobs. Els primers tendeixen a interaccionar amb l'hidrogen (un element constituent de l'aigua) i per tant es troben a la superfície, mentre que les regions hidròfobes, per contra, es dirigeixen al centre de la molècula. Aquesta conformació és energèticament la més favorable. ATel resultat és un glòbul amb un nucli hidròfob.
Els radicals hidròfils, que tanmateix cauen al centre de la molècula, interaccionen entre ells per formar enllaços iònics o d'hidrogen. Es poden produir enllaços iònics entre radicals d'aminoàcids de càrrega oposada, que són:
- grups catiònics d'arginina, lisina o histidina (tenen una càrrega positiva);
- Grups carboxílics de radicals d'àcid glutàmic i aspártic (tenen una càrrega negativa).
Els enllaços d'hidrogen es formen per la interacció de grups hidròfils sense càrrega (OH, SH, CONH2) i grups hidròfils carregats. Els enllaços covalents (els més forts de la conformació terciària) sorgeixen entre els grups SH de residus de cisteïna, formant els anomenats ponts disulfur. Normalment, aquests grups estan separats en una cadena lineal i s'apropen els uns als altres només durant el procés d'apilament. Els enllaços disulfur no són característics de la majoria de proteïnes intracel·lulars.
Labilitat conformacional
Com que els enllaços que formen l'estructura terciària d'una proteïna són molt febles, el moviment brownià dels àtoms d'una cadena d'aminoàcids pot fer que es trenquin i es formin en llocs nous. Això condueix a un lleuger canvi en la forma espacial de les seccions individuals de la molècula, però no viola la conformació nativa de la proteïna. Aquest fenomen s'anomena labilitat conformacional. Aquest últim té un paper important en la fisiologia dels processos cel·lulars.
La conformació de les proteïnes està influenciada per les seves interaccions amb els altresmolècules o canvis en els paràmetres físics i químics del medi.
Com es forma l'estructura terciària d'una proteïna
El procés de plegament d'una proteïna a la seva forma nativa s'anomena plegat. Aquest fenomen es basa en el desig de la molècula d'adoptar una conformació amb un valor mínim d'energia lliure.
Cap proteïna necessita instructors intermediaris que determinaran l'estructura terciària. El patró de posta es "enregistra" inicialment en la seqüència d'aminoàcids.
No obstant això, en condicions normals, perquè una gran molècula de proteïna adoptés una conformació nativa corresponent a l'estructura primària, caldria més d'un bilió d'anys. No obstant això, en una cèl·lula viva, aquest procés dura només unes desenes de minuts. Aquesta reducció de temps tan important la proporciona la participació en el plegament de proteïnes auxiliars especialitzades: foldases i chaperones.
El plegament de petites molècules de proteïnes (fins a 100 aminoàcids en una cadena) es produeix amb força rapidesa i sense la participació d'intermediaris, cosa que es va demostrar mitjançant experiments in vitro.
Factors de plegat
Les proteïnes auxiliars implicades en el plegament es divideixen en dos grups:
- foldases - tenen activitat catalítica, es requereixen en una quantitat significativament inferior a la concentració del substrat (com altres enzims);
- chaperones: proteïnes amb una varietat de mecanismes d'acció, necessàries en una concentració comparable a la quantitat de substrat plegat.
Els dos tipus de factors participen en el plegat, però no s'hi inclouenproducte final.
El grup de foldases està representat per 2 enzims:
- Proteïna disulfur isomerasa (PDI): controla la correcta formació d'enllaços disulfur en proteïnes amb un gran nombre de residus de cisteïna. Aquesta funció és molt important, ja que les interaccions covalents són molt fortes i, en cas de connexions errònies, la proteïna no podria reordenar-se i adoptar una conformació nativa.
- Peptidil-prolil-cis-trans-isomerasa: proporciona un canvi en la configuració dels radicals situats als costats de la prolina, que canvia la naturalesa de la corba de la cadena polipeptídica en aquesta zona.
Així, les foldases tenen un paper correctiu en la formació de la conformació terciària de la molècula de proteïnes.
Chaperones
Les
Les acompanyants s'anomenen proteïnes de xoc tèrmic o d'estrès. Això es deu a un augment significatiu de la seva secreció durant els efectes negatius sobre la cèl·lula (temperatura, radiació, metalls pesants, etc.).
Les chaperones pertanyen a tres famílies de proteïnes: hsp60, hsp70 i hsp90. Aquestes proteïnes realitzen moltes funcions, com ara:
- Protecció de proteïnes contra la desnaturalització;
- exclusió de la interacció de proteïnes recentment sintetitzades entre si;
- prevenir la formació d'enllaços febles incorrectes entre radicals i la seva labialització (correcció).
Així, les chaperones contribueixen a l'adquisició ràpida de la conformació energèticament correcta, excloent l'enumeració aleatòria de moltes opcions i protegint encara no maduresmolècules de proteïnes d'una interacció innecessària entre elles. A més, els acompanyants proporcionen:
- alguns tipus de transport de proteïnes;
- control de replegament (restauració de l'estructura terciària després de la seva pèrdua);
- mantenint un estat de plegat inacabat (per a algunes proteïnes).
En aquest darrer cas, la molècula de chaperona roman unida a la proteïna al final del procés de plegament.
Desnaturalització
La violació de l'estructura terciària d'una proteïna sota la influència de qualsevol factor s'anomena desnaturalització. La pèrdua de la conformació nativa es produeix quan es trenca un gran nombre d'enllaços febles que estabilitzen la molècula. En aquest cas, la proteïna perd la seva funció específica, però conserva la seva estructura primària (els enllaços peptídics no es destrueixen durant la desnaturalització).
Durant la desnaturalització, es produeix un augment espacial de la molècula de proteïnes i les zones hidrofòbiques tornen a sortir a la superfície. La cadena polipeptídica adquireix la conformació d'una bobina aleatòria, la forma de la qual depèn de quins enllaços de l'estructura terciària de la proteïna s'han trencat. En aquesta forma, la molècula és més susceptible als efectes dels enzims proteolítics.
Factors que violen l'estructura terciària
Hi ha una sèrie d'influències físiques i químiques que poden provocar la desnaturalització. Aquests inclouen:
- temperatura per sobre dels 50 graus;
- radiació;
- canviant el pH del medi;
- sals de metalls pesants;
- alguns compostos orgànics;
- detergents.
Després de la terminació de l'efecte desnaturalitzant, la proteïna pot restaurar l'estructura terciària. Aquest procés s'anomena renaturalització o replegament. En condicions in vitro, això només és possible per a proteïnes petites. En una cel·la viva, el replegament és proporcionat per acompanyants.
