Puentes disulfuro

Qué es un puente disulfuro

Cada molécula de cisteína incorpora un grupo tiol, -SH, en su cadena lateral. Cuando dos de estos grupos se aproximan en el espacio y ceden sus átomos de hidrógeno en una reacción de oxidación, el azufre de uno se une directamente al azufre del otro: nace así un enlace covalente S-S, el puente disulfuro. El nombre químico procede del prefijo griego di-, «dos», y del latín sulphur, «azufre»; «puente» es, sencillamente, la metáfora que los bioquímicos adoptaron para describir una unión que salva la distancia entre dos puntos de una cadena, o entre dos cadenas distintas.

A diferencia de los enlaces de hidrógeno o de las interacciones hidrofóbicas, que también contribuyen a mantener plegada una proteína, el puente disulfuro es covalente. Eso le confiere una fuerza mecánica muy superior y explica por qué sobrevive a condiciones que romperían el resto de la arquitectura proteica.

Cómo se forma y se rompe

La formación de un puente disulfuro es, químicamente, una oxidación; su ruptura, una reducción. En el interior de la célula, el citoplasma mantiene un ambiente reductor gracias a sistemas como el glutatión, de modo que los grupos tiol de las proteínas citosólicas permanecen casi siempre libres. Fuera de la célula, o en compartimentos con un entorno más oxidante, la reacción se favorece: por eso los puentes disulfuro son mucho más frecuentes en proteínas secretadas o de membrana que en proteínas puramente intracelulares.

En las células eucariotas, ese entorno oxidante se recrea de forma controlada en el retículo endoplasmático. Allí interviene una enzima, la proteína disulfuro isomerasa, que no solo cataliza la formación de nuevos puentes disulfuro a medida que la proteína recién sintetizada se pliega, sino que también corrige los que se han formado de manera errónea, deshaciéndolos y dejando que se reorganicen hasta encontrar la disposición correcta. Sin esta corrección continua, una fracción notable de las proteínas plegadas en el retículo quedaría atrapada en configuraciones defectuosas.

Función en la estructura de las proteínas

Los puentes disulfuro se clasifican, según su localización, en dos tipos. Los intracatenarios unen dos puntos de una misma cadena polipeptídica y contribuyen a fijar su estructura terciaria, el plegamiento tridimensional de esa cadena sobre sí misma. Los intercatenarios, en cambio, sueldan entre sí cadenas que de otro modo serían independientes, y son responsables de buena parte de lo que se conoce como estructura cuaternaria.

La insulina ilustra bien el primer papel funcional del puente disulfuro, casi arquitectónico: la proinsulina se pliega como una única cadena, y son tres puentes disulfuro los que, al formarse, mantienen unidas las cadenas A y B una vez que el fragmento central se escinde. Sin esa unión previa, ambas cadenas no se ensamblarían de forma eficaz por separado. Las inmunoglobulinas ofrecen el ejemplo contrario: en la inmunoglobulina M, los puentes disulfuro no solo estabilizan cada monómero, sino que ensamblan hasta cinco de ellos en un pentámero de casi 900 kilodalton.

Hay un tercer papel, más estructural que funcional en sentido estricto, y es el que hace rígidas a las queratinas duras del pelo y las uñas: cuanta más cisteína contiene una queratina, más puentes disulfuro puede formar, y más resistente se vuelve frente a la deformación mecánica.

El experimento que demostró su papel

La importancia de los puentes disulfuro en el plegamiento proteico no se estableció por deducción teórica, sino por un experimento muy concreto. En 1961, el bioquímico Christian Anfinsen trabajaba con la ribonucleasa A bovina, una enzima de 124 aminoácidos con cuatro puentes disulfuro. Sometió la proteína a urea y a un agente reductor que rompía esos cuatro enlaces: la enzima se desplegó por completo y perdió toda su actividad.

Lo decisivo vino después. Al retirar la urea y el reductor, la ribonucleasa recuperó, sin ninguna ayuda externa, tanto su forma tridimensional original como su actividad enzimática; los cuatro puentes disulfuro se reformaron exactamente entre las mismas cisteínas que antes. De las 105 combinaciones posibles para emparejar ocho residuos de cisteína en cuatro puentes, la proteína encontraba una y solo una, la correcta. El hallazgo demostró que la secuencia de aminoácidos contiene, por sí sola, toda la información necesaria para el plegamiento, y le valió a Anfinsen el premio Nobel de Química de 1972, compartido con Stanford Moore y William H. Stein.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el nombre disulfuro?

Del griego di-, «dos», y del latín sulphur, «azufre»: literalmente, un compuesto con dos átomos de azufre unidos entre sí. «Puente» es la imagen añadida por los bioquímicos para describir cómo ese enlace conecta dos puntos, a veces alejados, de una proteína.

¿Es lo mismo un puente disulfuro que un enlace de hidrógeno?

No. El puente disulfuro es un enlace covalente, mucho más fuerte y estable; el enlace de hidrógeno es una interacción débil, no covalente, que se rompe y se reforma constantemente a temperatura ambiente. Ambos contribuyen al plegamiento de las proteínas, pero con una solidez muy distinta.

¿Cuántos puentes disulfuro tiene una proteína cualquiera?

Depende enteramente de cuántas cisteínas contenga y de cómo se disponga su secuencia. Hay proteínas sin ninguno, como la mayoría de las intracelulares, y otras con varios: la ribonucleasa A del experimento de Anfinsen tiene cuatro, y la insulina madura, tres.

¿Qué enzima forma los puentes disulfuro dentro de la célula?

La proteína disulfuro isomerasa, activa en el retículo endoplasmático. Además de catalizar su formación, corrige los puentes mal emparejados durante el plegamiento.

¿Por qué hay más puentes disulfuro en unas proteínas que en otras?

Porque el ambiente químico donde se pliega cada proteína no es el mismo. El interior de la célula es reductor y desfavorece estos enlaces; el espacio extracelular, la superficie celular y el retículo endoplasmático son más oxidantes, y en ellos los puentes disulfuro se forman con facilidad. De ahí que abunden en proteínas secretadas, de membrana o del pelo y la piel, y sean raros en las que trabajan solo dentro del citoplasma.

Referencias

1. Wikipedia. Christian B. Anfinsen. Disponible en: es.wikipedia.org
2. Wikipedia. Proteína disulfuro-isomerasa. Disponible en: es.wikipedia.org
3. Universidad de Salamanca. Protein Disulfuro Isomerasa. Disponible en: proteinasestructurafuncion.usal.es
4. Divulga UAB. Claves moleculares del plegamiento oxidativo. Disponible en: uab.cat