Estructura de la proteína

Qué es la estructura de la proteína

Cada proteína del organismo nace como una cadena lineal de aminoácidos sintetizada en los ribosomas según la información codificada en el ADN. Esa cadena, por sí sola, carece de actividad biológica; necesita plegarse en una conformación tridimensional precisa para ejercer su función. La noción de que las proteínas poseen varios niveles de organización se consolidó a mediados del siglo XX, cuando Linus Pauling y Robert Corey describieron la hélice alfa y la lámina beta (1951), y John Kendrew resolvió por primera vez la estructura tridimensional completa de una proteína, la mioglobina, mediante cristalografía de rayos X (1958).

El término proteína procede del griego πρωτεῖος (proteîos, primordial, de primer rango), acuñado por Jöns Jacob Berzelius en 1838 para subrayar la posición preeminente de estas moléculas en la química de la vida. La palabra estructura, del latín structūra (construcción, disposición), se aplica a cada uno de los niveles de organización que la bioquímica reconoce en ellas.

Los cuatro niveles de organización

Estructura primaria. Es la secuencia ordenada de aminoácidos a lo largo de la cadena polipeptídica, unidos por enlaces peptídicos. El orden viene dictado por la información genética y determina, en último término, la conformación que adoptará la proteína. Un cambio de un solo aminoácido puede alterar de forma drástica la función: la sustitución de ácido glutámico por valina en la posición 6 de la cadena beta de la globina da lugar a la hemoglobina S, responsable de la anemia de células falciformes.

Estructura secundaria. Describe los patrones de plegamiento local de la cadena, estabilizados por puentes de hidrógeno entre los átomos del esqueleto peptídico. Los dos motivos más frecuentes son la hélice alfa, en la que la cadena se enrolla sobre sí misma en espiral, y la lámina beta (o lámina plegada beta), donde segmentos de cadena discurren en paralelo o antiparalelo formando una superficie en zigzag. Muchas proteínas combinan tramos de hélice con tramos de lámina, conectados por giros y lazos sin periodicidad regular.

Estructura terciaria. Se refiere a la disposición espacial completa de una cadena polipeptídica única, resultado del plegamiento de sus estructuras secundarias. La estabilizan interacciones de distinta naturaleza: puentes disulfuro entre residuos de cisteína, fuerzas de van der Waals, interacciones iónicas entre cadenas laterales con carga opuesta e interacciones hidrofóbicas que empujan a los residuos apolares hacia el interior de la molécula. Este nivel define si la proteína adopta una forma globular (compacta, soluble, habitual en enzimas y anticuerpos) o fibrilar (alargada, insoluble, propia de proteínas estructurales como el colágeno o la queratina).

Estructura cuaternaria. Solo la presentan las proteínas compuestas por más de una cadena polipeptídica. Cada cadena, denominada subunidad o protómero, conserva su propia estructura terciaria; la cuaternaria describe cómo se asocian entre sí. La hemoglobina, formada por cuatro subunidades (dos alfa y dos beta), es el ejemplo clásico. La cooperatividad en la unión del oxígeno que exhibe la hemoglobina depende precisamente de los cambios conformacionales que una subunidad transmite a las demás al captar o liberar una molécula de O₂.

Desnaturalización y pérdida de estructura

Cuando una proteína pierde su conformación tridimensional por efecto del calor, de cambios extremos de pH o de agentes químicos como la urea, se dice que se desnaturaliza. La cadena de aminoácidos se despliega, la estructura secundaria, terciaria y, si la hay, cuaternaria se desorganiza, y la proteína deja de funcionar. La cocción de un huevo ilustra el proceso de manera cotidiana: la albúmina pasa de ser soluble y transparente a opaca y sólida porque sus cadenas pierden el plegamiento nativo y se agregan entre sí de forma irreversible.

La estructura primaria, al tratarse de enlaces covalentes, no se ve afectada por la desnaturalización. Esto explica que ciertas proteínas pequeñas puedan renaturalizarse in vitro si se retiran con cuidado las condiciones desnaturalizantes: la secuencia de aminoácidos contiene toda la información necesaria para que la cadena vuelva a plegarse correctamente, como demostró Christian Anfinsen en 1961 con la ribonucleasa A, trabajo que le valió el Premio Nobel de Química en 1972.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el término proteína?

Del griego πρωτεῖος (proteîos, primordial). Lo propuso Berzelius en 1838 en una carta al químico Gerardus Johannes Mulder, que estudiaba las sustancias nitrogenadas de la sangre y la clara de huevo. El nombre pretendía reflejar la importancia capital de estas moléculas para los seres vivos.

¿Todas las proteínas tienen estructura cuaternaria?

No. Solo aquellas formadas por dos o más cadenas polipeptídicas. La mioglobina, por ejemplo, consta de una sola cadena y alcanza como máximo la estructura terciaria. La hemoglobina, con cuatro subunidades, sí presenta estructura cuaternaria.

¿La desnaturalización destruye los aminoácidos?

No destruye los aminoácidos ni rompe los enlaces peptídicos. Lo que se pierde es el plegamiento tridimensional (estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria). En ciertos casos la proteína puede recuperar su conformación original si se restablecen las condiciones adecuadas; en muchos otros, la agregación de las cadenas desplegadas hace el proceso irreversible.

¿Por qué importa conocer la estructura de una proteína?

Porque la función biológica depende de la forma. Un cambio en el plegamiento puede convertir una enzima activa en una molécula inerte, o hacer que una proteína soluble se agregue formando depósitos patológicos, como ocurre con las placas de amiloide en ciertas enfermedades neurodegenerativas.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Proteínas en la dieta. MedlinePlus en español.
2. Instituto Nacional del Cáncer. Proteína. Diccionario de cáncer del NCI.
3. Real Academia Nacional de Medicina de España. Proteína. Diccionario de términos médicos.
4. MSD Manual (versión para profesionales). Deficiencia de proteínas y energía.