Estructura primaria y secundaria

Cada proteína tiene una forma característica que determina su función biológica, y que depende de la conformación espacial que adopta. Las cadenas peptídicas, en condiciones normales de pH y temperatura, poseen una única conformación que depende de  cuatro niveles de organización distina y de complejidad creciente, donde cada uno depende del anterior:

  • estructura primaria: secuencia de aminoácidos
  • estructura secundaria: plegamiento de la cadena primaria
  • estructura terciaria: interacciones entre las cadenas laterales a lo largo de la cadena
  • estructura cuaternaria: no siempre se encuentra y se establece por uniones débiles entre varias cadenas polipeptídicas.

Estructura primaria

La estructura primaria corresponde a la secuencia lineal de aminoácidos de la proteína, ordenados desde el primer aminoácido (grupo amino libre) hasta el último (grupo carboxilo libre).  Indica que aminoácidos forman la cadena polipeptídica y en qué orden relativo que guardan unos con respecto a otros.

NH2-Met-Val-Arg-Cis-Pro-His-COOH

Tiene una disposición en zig-zag, porque el enlace peptídico no permite la rotación y el resto de los componentes quedan limitados al plano del enlace peptídico.

estructura-primaria

La estructura primaria es importante porque determina la conformación tridimensional específica de la proteína, necesaria para su función. La alteración de la estructura primaria por eliminación, adición o intercambio de un aminoácido puede cambiar la configuración general de una proteína, cambiando su función, por lo que la proteína se verá alterada o se formará otra proteína diferente.

Estructura secundaria

La estructura secundaria es la forma en la que la cadena lineal de aminoácidos puede plegarse. La estructura primaria impone unas restricciones que obligan a que las proteínas adopten una determinada estructura secundaria, ya que la capacidad de giro de los carbonos α está limitada.

Las proteínas se pliegan debido al establecimiento de puentes de hidrógeno entre los grupos –C=O de los enlaces peptídicos y los grupos –NH de otros enlaces próximos. Se forman entonces configuraciones en hélice con diferentes aminoácidos por vuelta; las conformaciones secundarias más importantes son:

  • la β-laminar u hoja plegada: 2 residuos de aminoácidos por vuelta
  • la hélice de colágeno: menos frecuente y con 3 residuos de aminoácidos por vuelta
  • la α-hélice: 4 residuos de aminoácidos por vuelta

Estructura en hélice α.

Se trata de la forma más simple, frecuente y estable. En este tipo de estructura la molécula adopta una disposición helicoidal, los grupos –C=O quedan orientados en la misma dirección, los grupos -NH se orientan en la dirección contraria y las cadenas laterales (R) de los aminoácidos se sitúan hacia el exterior de la hélice.

helice-alfa

La hélice más frecuente es aquélla en la que hay 3,6 aminoácidos por vuelta de hélice con sentido de giro dextrógiro (hay hélices  más y menos compactas y también levógiras) y se origina debido a que cada aminoácido gira 100º con respecto al anterior.

Cómo los grupos laterales no participan en la conformación espacial, secuencias muy diferentes de aminoácidos pueden presentar esta estructura. Sin embargo, no todas las secuencias pueden adoptar esta conformación ya que puede haber cadenas laterales muy voluminosas y próximas entre sí, cargas eléctricas del mismo signo en cadenas laterales próximas, etcétera que provocan la desestabilización de la estructura en hélice.

Hélice de colágeno

El colágeno está compuesto principalmente por glicina, prolina e hidroxiprolina. Estos aminoácidos poseen una estructura que dificulta mucho la formación de puentes de hidrógeno por lo que la hélice que se forma es levógira y más laxa que la hélice α, habiendo 3 aminoácidos por cada vuelta.  Para lograr la estabilidad, tres cadenas diferentes de colágeno se asocian entre ellas (en sentido dextrógiro) mediante enlaces covalentes y puentes de hidrógeno formando una superhélice llamada tropocolágeno.

El colágeno es una proteína muy habitual en os tejidos conectivos (conjuntivo, adiposo, cartilaginoso y óseo), y debido a que su estructura es especialmente rígida  realiza su función de resistencia a las fuerzas de tracción (estiramiento).

Conformación ß o de hoja plegada

Los aminoácidos adoptan una disposición en zig-zag debido a la rigidez del enlace peptídico y la apolaridad de los grupos R que componen la cadena. Es una hélice tan estirada que sólo tiene dos aminoácidos por vuelta. La molécula se estabiliza porque varias cadenas se disponen en paralelo (de la misma o de distintas cadenas polipeptídicas), formando una lámina plegada, y se establecen puentes de hidrógeno entre grupos C=O y -N-H entre las diferentes cadenas.

lamina-beta

Las conexiones entre las diferentes cadenas pueden ser paralelas (si ambas discurren en el mismo sentido, como en el dibujo de arriba) o antiparalelas (en sentidos contrarios).

paralela-antiparalela

Las cadenas antiparalelas se unen mediante giros o codos de tipo β, estos giros tienen lugar en las regiones de la cadena donde hay un cambio de dirección de 180º. Están formados por cuatro aminoácidos que se estabilizan por la existencia de un puente de hidrógeno intracatenario entre el -C=O del aminoácido 1 y el –NH del aminoácido 4.

giro beta

Para que se pueda dar la conformación β o de hoja plegada, los grupos R deben ser apolares ya que si presenta restos  muy voluminosos o con las mismas cargas eléctricas próximos entre ellos se desestabiliza.

Una molécula no tiene porqué estar constituida exclusivamente por un tipo de conformación y lo habitual es que las proteínas presenten unos fragmentos con hélices α,  otros con conformaciones ß y partes donde no hay una conformación definida y que se llaman zonas irregulares.

Para ampliar información sobre las proteínas puedes consultar los siguientes enlaces:

Introducción a las proteínas

Aminoácidos

Enlace peptídico

Estructura terciaria de las proteínas

Estructura cuaternaria de las proteínas

Propiedades generales de las proteínas

Clasificación de las proteínas

Funciones biológicas de las proteínas

Enzimas

Catálisis enzimática y factores moduladores