El documento describe los diferentes niveles de estructura de las proteínas, incluyendo la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. Explica que la secuencia lineal de aminoácidos determina la configuración tridimensional y función de la proteína. Las proteínas pueden asumir estructuras secundarias como hélices alfa o láminas beta que se estabilizan mediante puentes de hidrógeno. La estructura terciaria describe la conformación completa de la proteína y surge de uniones no covalentes entre

1. PLEGAMIENTO DE PROTEINAS
Las proteínas son las macromoléculas que llevan a cabo virtualmente todas las actividades de la célula, son las herramientas
moleculares y las máquinas que hacen que sucedan cosas. Se estima que una célula de mamífero tiene en general tanto como 10.000
proteínas diferentes con diversas funciones. Como enzimas, las proteínas de manera notoria aceleran la velocidad de las reacciones
metabólicas; como cables estructurales, las proteínas proveen apoyo mecánico tanto dentro de las células como fuera de sus perímetros;
como hormonas, factores de crecimiento y activadores de genes, las proteínas realizan una amplia variedad de funciones reguladoras;
como receptores de membrana y transportadores, las proteínas determinan el tipo de célula a la que reaccionan y qué sustancias entran o
salen de la célula; como filamentos contráctiles y motores moleculares, las proteínas constituyen la maquinaria para los movimientos
biológicos. Entre sus múltiples funciones restantes, las proteínas actúan como anticuerpos, sirven como toxinas, forman los coágulos
sanguíneos, absorben o refractan la luz y transportan sustancias de una parte del cuerpo a otra.
¿Cómo puede un tipo de moléculas tener tantas y variadas funciones? La explicación reside en que las proteínas, como un grupo, pueden
asumir estructuras moleculares casi ilimitadas. Sin embargo, cada proteína posee una estructura única y muy ordenada que la capacita
para llevar a cabo una función en particular.
Durante el proceso de síntesis de proteínas, cada aminoácido importancia y los cambios que se originan en dicha secuencia como
se une a otros dos aminoácidos y forma un polímero largo no ramificado y resultado de las mutaciones genéticas en el ADN no se pueden tolerar
contínuo llamado cadena polipeptídica. Los aminoácidos forman una con facilidad. El primer ejemplo y mejor estudiado de esta relación es el
cadena polipeptídica tras unirse con enlaces peptídicos que resultan de la cambio de la secuencia de aminoácidos de la hemoglobina, cuyo
unión de los grupos carboxilo de un aminoácido al grupo amino del resultado es la enfermedad conocida como anemia drepanocítica. Esta
aminoácido contiguo, con la eliminación de una molécula de agua (fig.1). anemia intensa y hereditaria se genera por un solo cambio en la
En “promedio” una cadena polipetídica contiene 450 aminoácidos. El secuencia aminoacídica dentro de la molécula de hemoglobina: un
polipéptido más largo conocido, encontrado en la proteína muscular residuo de valina no polar está presente donde se localizaba en
llamada titina, posee más de 30.000 aminoácidos. Una vez incorporados condiciones normales un ácido glutámico cargado. Este cambio en la
a una cadena polipeptídica, los aminoácidos se conocen como residuos. estructura de la hemoglobina puede tener efectos notables en la forma de
El residuo en un extremo de la cadena, el N-terminal, contiene un los glóbulos rojos y convierte la forma de disco aplanado normal de las
aminoácido con un grupo α-ámino libre (no enlazado); de esta forma, el células en una forma de hoz (fig. 2b), con la tendencia a tapar con
extremo opuesto, el C-terminal, tiene un grupo α-carboxilo libre. coágulos los pequeños vasos sanguíneos, lo que provoca dolor y crisis
que amenazan la vida. No todos los cambios aminoacídicos tienen tan
grave efecto, como lo muestran las diferencias de secuencia
aminoacídica en la misma proteína de otros organismos relacionados. El
grado en el que los cambios de la secuencia primaria se toleran depende
de la proporción en la cual se alteran ya sea el aspecto de la proteína o
bien los residuos críticos funcionales.
Figura 1: Estructura de la cadena polipeptídica.
NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS
Se describen cuatro niveles de estructura en las proteínas: primaria,
secundaria, terciaria y cuaternaria. La estructura primaria se refiere a la
secuencia de aminoácidos de una proteína, en tanto que los otros niveles
se relacionan con la organización de la molécula en el espacio. Para Figura 2: Microscopías electrónicas de barrido de eritrocitos humanos. a) Eritrocitos
entender el mecanismo de acción y la función biológica de una proteína normales, b) eritrocitos de un paciente con anemia drepanocítica.
es importante conocer cómo se constituye dicha proteína.
Estructura primaria. La estructura primaria de un polipéptido es la Estructura secundaria. El término conformación se refiere a la
secuencia lineal de aminoácidos específicos que constituyen la cadena. disposición tridimensional de los átomos de una molécula, es decir, su
Con 20 diferentes bloques de construcción, el número de polipéptidos organización espacial. La estructura secundaria describe la conformación
variados que pueden formarse es 20n, en el que n es el número de de partes de la cadena polipeptídica. Linus Pauling y Robert Corey, del
aminoácidos de la cadena. Puesto que la mayor parte de los polipéptidos California Institute of Technology, llevaron a cabo los primeros estudios
contiene mucho más de 100 aminoácidos, las posibles secuencias son acerca de la estructura secundaria de las proteínas. Al estudiar la
prácticamente ilimitadas. La información del orden preciso de los estructura de péptidos simples que consistían en pocos aminoácidos
aminoácidos en cada proteína que un organismo produce se incluye en el unidos entre sí, Pauling y Corey concluyeron que las cadenas
genoma de dicho organismo. polipeptídicas existían en conformaciones predefinidas que proveen el
La secuencia de aminoácidos suministra la información requerida para número máximo posible de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos
determinar la configuración tridimensional de la molécula y por lo tanto su vecinos.
función. Por consiguiente, la secuencia de aminoácidos es de la mayor

2. Se propusieron dos conformaciones. En una de ellas, el esqueleto del Las proporciones de una cadena de polipéptidos no organizada en hélices
polipéptido tomaba la forma de un cilindro, una espiral denominada hélice alfa o láminas beta pueden consistir en bisagras, vueltas, asas o
alfa (α) (fig. 3a). La estructura permanece en el lado interno de la hélice y extensiones digitiformes. Con frecuencia éstas son las partes más
las cadenas laterales se proyectan hacia fuera. La estructura helicoidal se sensibles de una cadena de polipéptido y los sitios de mayor actividad
estabiliza por medio de la unión de puentes de hidrógeno entre los biológica. Por ejemplo, se sabe de las interacciones específicas de las
átomos de un péptido enlazado y los situados justo arriba y abajo a lo moléculas de anticuerpo con otras moléculas (antígenos); estas
largo de la espiral (fig.3b). Los patrones de difracción de rayos X de interacciones reciben la mediación de una serie de asas en uno de los
proteínas determinados en el decenio de 1950, revelaron la existencia de extremos de la molécula de anticuerpo. Tipos de estructuras secundarias
hélices alfa, primero en la proteína queratina del cabello y después en se muestran de manera muy simple en la figura 5, las hélices alfa se
varias proteínas que unen oxígeno, como la mioglobina y la hemoglobina. representan como listones helicoidales, las hojas beta son flechas
En las proteínas hidrosolubles, la superficie externa de una hélice alfa aplanadas y los segmentos de conexión como cadenas delgadas.
contiene con frecuencia residuos polares en contacto con el solvente, en
tanto que la superficie enfrentada con el interior posee cadenas laterales
no polares.
Figura 4: La hoja β plegada. a) Cada polipéptido de una hoja beta asume una
conformación extendida pero plegada a la cual se le denomina cadena beta. El plegamiento
es consecuencia de la localización de los carbonos alfa por arriba y por abajo del plano de la
hoja. Las cadenas laterales sucesivas (grupos R) se proyectan hacia arriba y hacia abajo del
esqueleto. b) Una hoja beta plegada posee un número de cadenas brta que se encuentran
paralelas una a la otra y están unidas por un ordenamiento regular de puentes de hidrógeno
entre los grupos carbonilo e imino de los esqueletos contiguos. Los segmentos próximos del
esqueleto polipeptídico pueden también estar paralelos (en la misma dirección N-terminal→
C-terminal) o antiparalelos (en dirección opuesta).
Figura 3: La hélice alfa. a) Trayectoria helicoidal alrededor de un eje central que toma el
esqueleto polipeptídico en una región de la hélice alfa. Cada vuelta completa (360º) de la
hélice corresponde a 3.6 residuos de aminoácidos. La distancia entre los residuos
adyacentes es de 1.5 A. b) Configuración de los átomos del esqueleto de la hélice alfa y los
puentes de hidrógeno que se forman entre los aminoácidos. El acercamiento del grupo C=O
de un enlace peptídico al grupo H-N de otro enlace peptídico (situado a cuatro aminoácidos
de distancia) resulta en la formación de puentes de hidrógeno entre ellos (barras de color
naranja), que dispuestos en forma paralela al eje del cilindro sostiene las vueltas de la
cadena.
La segunda conformación que propusieron Pauling y Corey fue la
estructura de hoja beta (β) plegada, la cual consiste en varios segmentos
de un polipéptido que permanecen lado con lado. A diferencia de la
estructura de la hélice alfa, el esqueleto de cada segmento de polipéptido
(o cadena beta) en una hoja beta toma una conformación con dobleces
(fig. 4a). Al igual que la hélice alfa, la lámina beta también se caracteriza Figura 5: Modelo de listón de la ribonucleasa. Las regiones de una hélice alfa se
por un gran número de puentes de hidrógeno, pero estas uniones son muestran como espirales y las cadenas beta como listones aplanados con las flechas que
perpendiculares al eje principal de la cadena de polipéptidos y se indican la dirección N-terminal → C-terminal del polipéptido. Los segmentos de la cadena
que no adoptan una estructura secundaria regular consisten sobre todo en asas y vueltas
proyectan de manera transversal desde un lado de la cadena hacia el otro (color verde). Los puentes disulfuro aparecen de color azul.
(Fig. 4b). Del mismo modo que la hélice alfa, la lámina beta también se
encuentra en muchas proteínas diferentes. Puesto que la cadena de
aminoácidos está casi por completo extendida, la lámina beta resiste las Estructura terciaria. El siguiente nivel por arriba de la estructura
fuerzas de tensión (estrés). La seda es una proteína integrada sobre todo secundaria es la estructura terciaria, que describe la conformación de la
por láminas beta, las fibras de seda deben su resistencia a esta proteína en su totalidad. De esta forma, a la estructura secundaria la
característica estructural. De manera sorprendente, una sola fibra de tela estabilizan de manera primaria los puentes de hidrógeno entre los átomos
de araña, que tiene la décima parte del grosor de un cabello humano, es que forman los enlaces peptídicos del esqueleto; la estructura terciaria
cinco veces más resistente que una fibra de acero del mismo peso. gana estabilidad por una disposición de uniones no covalentes entre las

3. diferentes cadenas laterales de la proteína. La estructura secundaria se Cada dominio de la molécula de fosfolipasa C de mamífero, por ejemplo,
limita por un pequeño número de conformaciones, pero la estructura se ha identificado como una unidad homóloga en otra proteína (fig. 7).
terciaria es virtualmente ilimitada. La estructura terciaria detallada de una Algunos dominios se han identificado sólo en una proteína o en unas
proteína se determina casi siempre a través de la técnica de cristalografía pocas de ellas. Otros han sido ampliamente barajados (sometidos a
de rayos X. En esta técnica el cristal de una proteína se bombardea con intercambio aleatorio de secuencias) en el transcurso de la evolución, y
pequeños haces de rayos X y luego la radiación que es difractada por los aparecieron en una variedad de proteínas cuyas diferentes regiones
electrones de los átomos de la proteína se permite que entren en contacto muestran pocos o nulos indicios de una relación evolutiva. Esta variación
con una placa sensible a la radiación, o detector, para formar una imagen de dominios crea proteínas con combinaciones de actividades únicas. En
de manchas, como la que se muestra en la figura 6. Cuando estos promedio, las proteínas de mamífero tienden a ser grandes y contienen
patrones de difracción se someten a análisis matemáticos complejos, un más dominios que las proteínas de los organismos menos complejos, por
investigador puede inferir la estructura que produce este patrón. En los ejemplo, las moscas de la fruta y las levaduras.
últimos años, a medida que se han determinado más y más estructura
proteínicas, se ha hecho manifiesto que una cantidad sorprendente de
proteínas contienen segmentos de longitud considerable que carecen de
una conformación definida. Las regiones desordenadas de estas
proteínas se representan como líneas de trazo discontinuo en las
imágenes (fig.14a), lo que expresa el hecho de que estos segmentos del
polipétido pueden estar presentes en muchas posiciones distintas y, por
lo tanto, no pueden estudiarse por cristalografía de rayos X. Tal vez, se
pregunte el lector si las proteínas que carecen de una estructura definida
podrían tener una función útil. De hecho, estas regiones desordenadas
tienen funciones decisivas en procesos celulares vitales, que a menudo
implican la unión a ADN o a otras proteínas. De manera notable, estos
segmentos con frecuencia experimentan una transformación física tras
unirse a una molécula apropiada y entonces se observa que adquieren
una estructura plegada definida.
Figura 7: Las proteínas se integran con unidades estructurales o dominios. La enzima
fosfolipasa C de mamífero se compone de cuatro dominios, indicados en diferentes colores.
El dominio catalítico de la enzima se muestra en azul. Cada uno de los dominios de esta
enzima puede encontrarse de forma independiente en otras proteínas como se indica con el
mismo color.
Estructura cuaternaria. Mientras muchas proteínas como la mioglobina
se integran con tan sólo una cadena polipeptídica, la mayoría incluye más
de una cadena o subunidad. Las subunidades pueden vincularse
mediante enlaces covalentes como los puentes disulfuro , pero más a
menudo se aproximan entre sí por medio de interacciones no covalentes,
como ocurre de manera regular entre las uniones hidrófobas en las
Figura 6: Patrón de difracción de rayos X de la mioglobina. El patrón de manchas se superficies complementarias de los polipéptidos que están muy próximos.
produce a medida que los átomos en el cristal de proteína difractan un haz de rayos X, lo
que da lugar a que los rayos X golpeen la película en sitios específicos. La información
Las proteínas compuestas de subunidades poseen una estructura
derivada de la posición e intensidad de las manchas puede usarse para calcular las cuaternaria. Según sea la proteína, las cadenas polipeptídicas pueden ser
posiciones de los átomos en la proteína. idénticas o diferentes. Una proteína compuesta de dos subunidades
idénticas se describe como un homodímero, mientras que una proteína
integrada con dos subunidades no idénticas es un heterodímero. En la
Dominios de proteínas. Un aspecto especialmente relevante se relaciona
figura 8a se muestra un dibujo de listón de una proteína homodimérica.
con que la mayoría de las proteínas eucariotas están compuestas de dos
Las dos subunidades de la proteínas se representan en diferentes colores
o más módulos espacialmente diferenciados o dominios, que se pliegan
y se señalan los residuos hidrófobos que forman los sitios
independientemente uno de otros. Por ejemplo, la enzima de los
complementarios de contacto. La proteína de subunidades múltiples
mamíferos fosfolipasa C, mostrada en la parte central de la figura 7,
mejor estudiada es la hemoglobina, la proteína que porta O2 en los
consta de cuatro dominios bien delimitados que se muestran con colores
glóbulos rojos. Una molécula de hemoglobina humana consiste en dos
distintos en el dibujo. Los diferentes dominios de un polipéptido a menudo
polipéptidos de globina alfa y dos de globina beta (fig. 8b) unidos a una
representan partes que funcionan de manera semi-independiente. Así,
sola molécula de oxígeno. La dilucidación de la estructura tridimensional
podrían unirse a diferentes factores, como una coenzima y un sustrato o
de la hemoglobina de Max Pertz de la Cambridge University en 1959 fue
una cadena de ADN y otra proteína, o bien podrían moverse con relativa
uno de los primeros hitos de la biología molecular. Perutz demostró que
independencia uno de otro. Muchos polipéptidos contiene más de un
cada uno de los cuatro polipéptidos de globina de una molécula de
dominio y se piensa que han surgido durante la evolución por la fusión de
hemoglobina tiene una estructura terciaria similar a la de la mioglobina, un
genes que codificaban diferentes proteínas ancestrales, y que cada
hecho que de manera notable sugiere que las dos proteínas habían
dominio representa una parte que alguna vez fue una molécula separada.

4. evolucionado a partir de un polipéptido ancestral común con un 9). Este complejo cataliza una serie de reacciones que conectan dos vías
mecanismo común de unión de oxígeno. Perutz también comparó la metabólicas, la glucólisis y el ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs).
estructura de las versiones de hemoglobina oxigenada y desoxigenada. Al Debido a que las enzimas están vinculadas, el producto de una enzima
hacerlo descubrió que la unión del oxígeno se acompañó del movimiento puede conducirse de manera directa al sitio activo de la próxima enzima
del átomo de hierro unido, muy cerca del plano del grupo hemo. Este en la secuencia de reacciones, evitando así su dilución en el medio
movimiento sin consecuencias aparentes en la posición de un solo átomo, acuoso de la célula.
que empujaba a una hélice alfa en la cual estaba conectado el hierro,
precipitó una serie de movimientos más grandes dentro de las
subunidades y entre ellas. Este hallazgo reveló, por primera vez, que las
complejas funciones de las proteínas pueden efectuarse mediante
pequeños cambios en su conformación.
Nota: Los movimientos predecibles (no aleatorios) dentro de una proteína
que se activan por la unión de una molécula específica se describen
como cambios conformacionales.
Figura 9: Deshidrogenasa de piruvato: un complejo multiproteico. a) Micrografía
electrónica de una tinción negativa del complejo deshidrogenasa de piruvato aislado de E.
Coli. Cada complejo contiene 60 cadenas polipeptídicas constituidas por tres enzimas
diferentes. Su masa molecular se acerca a los cinco millones de daltones. b) Un modelo del
complejo deshidrogenasa de piruvato. El corazón del complejo posee un grupo parecido a
un cubo de moléculas de transacetilasa de dihidrolipoílo. Los dímeros de la deshidrogenasa
de piruvato (esferas negras) están distribuídos de manera simétrica hacia los bordes del
cubo y los dímeros de la deshidrogenasa de dihidrolipoílo (esferas grises pequeñas) se
encuentran en las caras del cubo.
EL SITIO ACTIVO EN LAS ENZIMAS
Uno de los conceptos más importantes para entender las enzimas como
proteínas, es el de sitio activo. Cada enzima, independientemente de la
reacción que catalice o de su estructura particular, contiene dentro de
alguna parte de su estructura terciaria un grupo característico de
aminoácidos que forman el sitio activo, donde ocurre el evento catalítico
del cual esa enzima es responsable. Normalmente, el sitio activo es un
surco o bolsillo real con propiedades químicas y estructurales que
permiten la acomodación adecuada y específica del sustrato. La figura 10
muestra los modelos obtenidos por computador de las enzimas lisozima y
carboxipeptidadsa A, que ilustran bien el ajuste preciso de la molécula de
sustrato en los bolsillos producidos por el pliegue característico de las
cadenas de polipéptidos.
Figura 8: Proteínas con estructura cuaternaria. a) El factor de crecimiento transformador
β2 (TGF-β2), es un dímero compuesto de dos subunidades idénticas (amarillo y azul
respectivamente). Las cadenas laterales de cisterna y los puentes disulfuro se muestran en
blanco. Las esferas de color amarillo y azul son los residuos hidrófobos que forman la
interfaz entre las dos subunidades. b) La hemoglobina posee dos cadenas de globina alfa y
dos de globina beta unidas por enlaces no covalentes. Cuando los cuatro polipéptidos de
globina se ensamblan en una molécula de hemoglobina, la cinética de unión y liberación de
O2 son totalmente diferentes respecto de las observadas en los polipéptidos aislados. Esto
se debe a que la unión del O2 a un polipéptido induce un cambio conformacional en los otros
polipéptidos que alteran su afinidad por las moléculas de O2.
Interacciones proteína- proteína. Aunque la hemoglobina consta de
cuatro subunidades todavía se considera una proteína simple con una
sola función. Se conocen muchos ejemplos en los cuales diferentes
proteínas, cada una con función específica, se reúnen para crear un
complejo multiproteico mucho más grande. Uno de los primeros Figura 10: Estructuras moleculares de la lisozima y la carboxipeptidasa A. a) Modelo
tridimensional compacto generado por programas computacionales de la enzima lisozima
complejos multiproteícos que se describieron y estudiaron fue la enzima unida a su sustrato, un segmento corto de un peptidoglicano bacteriano. b) Modelo
deshidrogenada de piruvato de la bacteria Escherichia coli, que posee 60 tridimensional de la interacción de un péptido sintético con el sitio activo de la proteasa
cadenas de polipéptidos correspondientes a tres enzimas diferentes (fig. carboxipeptidasa A.

5. Figura 11: Sitio activo de una enzima. (columna opuesta) a) Representación del sitio
activo de la enzima carboxilasa de difosfato de ribulosa que muestra los diversos sitios de
interacción de los sustrato unidos (RubP y CO2) a ciertas cadenas laterales de aminoácidos
de la enzima. Además de determinar las propiedades de unión del sustrato al sito activo,
estas interacciones no covalentes alteran las propiedades del sustrato de tal forma que
acelera su conversión en los productos. b) Un mapa de densidad de electrones del sito
activo de una quinasa de timidina viral asociada a su sustrato: desoxitimidina (flecha). La
superficie enrejada da una indicación de los alcances externos de los orbitales electrónicos
de los átomos que constituyen el sustrato y las cadenas laterales de la enzima, lo que
produce una representación visual del espacio que ocupan los átomos del sitio activo. c) y d)
ejemplos del ajuste preciso que ocurre entre una enzima y el sustrato durante la catálisis.
Estos dos ejemplos muestran una estrecha relación espacial entre c) un ácido glutámico
(amarillo) y d) una histidina (verde) de la enzima isomerasa de triosafosfato y el sustrato
(rojo).
El sitio activo y el (los) sustrato(s) tienen formas complementarias, lo que
les permite unirse con un alto grado de precisión. La unión del sustrato
con la enzima se realiza por algunos tipos de interacciones no covalentes
(enlaces iónicos, enlaces de hidrógeno, interacciones hidrófobas) que
determinan la estructura de la proteína misma. Por ejemplo, la enzima
que se muestra en la figura 11a contiene varios residuos con carga
positiva localizados en sitios estratégicos para unirse con átomos de
carga negativa del sustrato. Además de unirse con el sustrato, el sitio
activo contiene una disposición particular de cadenas laterales de
aminoácidos que influyen en el sustrato y disminuyen la energía de
activación de la reacción.
Por lo general, el sitio activo está sepultado en una hendidura o grieta que
conduce del ambiente acuoso a las profundidades de la proteína. Cuando
un sustrato entra a la hendidura del sitio activo, casi siempre libera sus
moléculas de agua unidas (desolvatación) y entra al ambiente hidrófobo
dentro de la enzima. La reactividad de las cadenas laterales del sitio
activo puede ser mucho mayor en este ambiente protegido que en el
solvente acuoso de la célula. Los aminoácidos que conforman el sitio
activo casi siempre se sitúan en puntos distantes a lo largo de la cadena
polipeptídica extendida, pero se aproximan uno al otro cuando el
polipéptido se pliega en su estructura terciaria final (fig. 11b). La
estructura del sitio activo no sólo explica la actividad catalítica de la
enzima, también su especificidad. Como se mencionó antes, la mayoría
de las enzimas son capaces de unirse sólo con unas cuantas moléculas
biológicas muy relacionadas.
PLEGAMIENTO DE LAS PROTEINAS.
¿Cómo se realiza el complejo y asimétrico proceso del plegamiento
dentro de la célula? El primer indicio para resolver esta interrogante
apareció luego de que Chistian Anfisen del Nacional Institutes of Health
observara en 1956 el tipo serendipia. Anfisen estudiaba las propiedades
de la ribonucleasa A, una pequeña enzima que tiene una cadena
polipeptídica de 124 aminoácidos con cuatro puentes disulfuro que unen
porciones diferentes de la molécula. Por lo general, los puentes disulfuro
de una proteína se rompen (se reducen) al agregar un agente reductor,
como el mercaptoetanol (CH3CH2SH), que convierte cada puente
disulfuro en un par de grupos sulfihidrilos (-SH) (rompe la unión entre
cisteínas). Para hacer todos los puentes disulfuro accesibles al agente
reductor, Anfisen descubrió que primero debería desnaturalizar de forma
parcial la molécula. El desplegamiento o desorganización de una proteína
se conoce como desnaturalización y puede generarla una gran variedad
de compuestos, entre ellos detergentes, solventes orgánicos, radiación,
calor, y compuestos como la urea y el cloruro de guanidina, los cuales
interfieren con diferentes interacciones que estabilizan la estructura
terciaria de la proteína. Cuando Anfisen trató moléculas de ribonucleasa
con mercaptoetanol y urea concentrada, encontró que la preparación
perdía toda su actividad enzimática, lo cal sería esperable si las
moléculas de proteína se desnaturalizaran. Cuando removió la urea y el

6. mercaptoetanol de la preparación, halló, para su sorpresa, que las Las cadenas polipeptídicas se sintetizan en los ribosomas por la adición de
moléculas recuperaban nuevamente su actividad enzimática normal. Las aminoácidos, uno en cada vez, comenzando por la cadena N-terminal (paso1,
moléculas de ribonucleasa activa que se habían plegado otra vez a partir de fig. 13). Las chaperonas de la familia Hsp 70 se unen para alargar las
la proteína no plegada fueron indistinguibles estructural y funcionalmente de cadenas polipeptídicas que emergen del canal de salida dentro de la
las que se plegaron de modo correcto (de manera específica la forma nativa), subunidad mayor del ribosoma (paso 2). Las chaperonas de la familia Hsp 70
esto es, las moléculas presentes al inicio del experimento (fig. 12). Después impiden al parecer que estos polipéptidos parcialmente formados (por
de exhaustivos estudios de estos fenómenos. Anfisen concluyó que la ejemplo polipéptidos nacientes) formen interacciones inapropiadas que
secuencia lineal de aminoácidos contenía toda la información requerida para podrían dar lugar a una unión con otras proteínas en el citosol o un
la formación de la conformación polipeptídica tridimensional. plegamiento incorrecto. Una vez que se completa su síntesis (paso 3), la
chaperona libera a muchas de estas proteínas en el citosol. Donde se pliegan
de manera espontánea en su estado nativo (paso 4). Muchos de los grandes
polipéptidos se transfieren de las proteínas Hsp70 a diferentes tipos de
chaperonas conocidas como chaperoninas (paso 5). Éstas son complejos de
proteínas cilíndricas que contienen una cavidad central en la cual los
polipéptidos nuevos sintetizados se pueden plegar sin la interferencia de otras
moléculas en las células. TRiC es una chaperonina que se cree participa en
el plegamiento de más del 15% de los polipéptidos sintetizados en las células
de los mamíferos.
Figura 12: Desnaturalización y renaturalización de la ribonucleasa. Una molécula de El plegamiento de las proteínas puede tener consecuencias fatales.
ribonucleasa nativa se reduce y sufre una desnaturalización con mercaptoetanol beta y urea
8M (se indican los puentes disulfuro intramoleculares). Después de la eliminación de estos
componentes, la proteína se renaturaliza de manera espontánea. En abril de 1996, la revista médica Lancet publicó un estudio que incluía a
10 personas afectadas con la enfermedad de Creutzeldt-Jakob (CJD),
una alteración rara casi siempre letal que afecta al cerebro y ocasiona la
Función de las chaperonas moleculares. No todas las proteínas son pérdida de la coordinación motora y demencia. Esta enfermedad
capaces de asumir su estructura terciaria final por un simple proceso de neurodegenerativa presenta una forma hereditaria y otra adquirida. Los
autoensamblaje. Esto no se debe a que la estructura primaria de estas casos descritos en el artículo de la revista Lancet se debieron a causas
proteínas no posea la información requerida para el plegamiento adquiridas, debido al consumo de carne de res contaminada que procedía
adecuado, sino a que las proteínas que sufren plegamiento tienden a de ganado de Inglaterra. La enfermedad fue conocida como la
evitarse por las interacciones casuales con otras moléculas en los “enfermedad de las vacas locas” porque los animales presentaban
compartimientos celulares. Varias familias de proteínas han evolucionado pérdida de la coordinación y comportamiento demente. Años antes, en la
con funciones que ayudan a las proteínas plegadas de manera errónea década de los 60, el Dr. Carleton Gajdusek mostró que los isleños de
para que archiven sus conformaciones tridimensionales apropiadas. Estas Papúa, Nueva Guinea presentaban una enfermedad llamada “kuru”
proteínas colaboradoras se conocen como chaperonas moleculares su debido a que durante los rituales fúnebres consumían el tejido cerebral de
especificidad consiste en que reconocen de modo selectivo y unen los parientes fallecidos. Esta enfermedad se denominó encefalopatía
secuencias cortas de aminoácidos hidrófobos que tienden a exponerse en espongiforme, porque el tejido cerebral estaba plagado de pequeños
las proteínas no nativas, pero a ocultarse en proteínas que poseen una orificios microscópicos (vacuolaciones) que le daban el aspecto
conformación nativa. La figura 13 muestra las actividades de varias clases esponjado. El cerebro de los pacientes con la enfermedad de CJD
de chaperonas moleculares que operan en el citosol de las células eucariotas.
Figura 13: La función de las chaperonas moleculares en la estimulación del
plegamiento proteico. Los pasos se describen en el texto.

7. presentaba la misma apariencia microscópica y, más aún, cuando un resultado de un mal plegamiento, algo raro en el caso de una
animales de laboratorio fueron inyectados con preparado de biopsia de enfermedad esporádica, o por la exposición a instrumentos quirúrgicos
cerebro de estos pacientes desarrollaban la enfermedad. Estos resultados contaminados, comienza con una reacción en cadena en la cual las
llevaron a asegurar que los preparados contenían un agente infeccioso, moléculas de proteína normal en las células se transforman de modo
que inicialmente se creyó que era un virus. En 1982, Stanlet Prusiner de gradual en la forma anormal de prión. Sigue siendo incierto el mecanismo
la Universidad de California identificó al agente etiológico de la CJD, una preciso por el cual los priones causan la neurodegeneración.
proteína denominada prión. En una primera instancia se creyó que la
proteína prión era un agente externo, pero luego se encontró que era
codificada por el gen PRNP, expresada a nivel cerebral y que codifica Literatura.
para una proteína prión celular (PrPC). Una versión modificada,
- Las bases químicas de la vida. Geral Karp G. Biología Celular y Molecular
denominada “scrapie” (enredada, PrPSC) se acumula en los cerebros Quinta Edición. Editorial Mac Graw Hill. 2008.
humanos con CJD y forma agregados que destruyen las neuronas.
Los estudios con las proteínas purificadas revelaron que la PrPC y PrPSc - Enzimas: los catalizadores de la vida. Wayne Becker, Lewis Kleinsmith, Jeff
muestran propiedades físicas muy diferentes. La PrPC permanece como Hardin. El mundo de la célula. Sexta Edición. Editorial Pearson. 2007.
una molécula monomérica que es soluble en condiciones salinas y la - Bioenergética, enzimas y metabolismo. Geral Karp G. Biología Celular y
destruyen enzimas que digieren proteínas. De manera contrastante, las Molecular Quinta Edición. Editorial Mac Graw Hill. 2008.
moléculas de PrPSc interaccionan una con otra para formar moléculas
fibrilares insolubles que son resistentes a la digestión enzimática. Con
base en estas divergencias, debe esperarse que estas dos formas de
proteínas PrP se compongan de distintas secuencias de aminoácidos,
pero este no es el caso. Las dos variantes pueden alojar secuencias
aminoacídicas idénticas, pero es diferente la manera en que se pliegan
sus cadenas polipeptídicas para formar la molécula de proteína
tridimensional (fig. 14). En tanto que una molécula de PrPC consiste casi
por entero de segmentos de hélice alfa y asas interconectadas, cerca del
45% de una molécula de PrPSc tiene hojas beta. La PrP puede convertirse
de una forma soluble en una insoluble que no es sensible a las proteasas
y forma agregados in vitro, tan solo con cambiar las condiciones en el
tubo de ensayo.
Figura 14: Comparación de las proteínas prión normales (PrPC) y anormales (PrPSc).
Estas dos proteínas (mostradas en a) y b) respectivamente) están formadas por cadenas
polipeptídicas que pueden ser idénticas en la secuencia de aminoácidos, pero su
plegamiento es muy distinto. Como resultado de las diferencias en el proceso de
plegamiento, la PrPC es soluble, y por el contrario, la PrPSc genera agregados que matan a
la célula. La línea punteada amarilla representa la porción N-terminal del polipéptido, que
carece de estructura definida. Las dos moléculas que se muestran en esta figura se conocen
como confórmeros debido a que difieren en la conformación.
No es difícil entender cómo un polipéptido mutante puede ser menos
estable y plegarse de manera más común en una conformación anormal
de PrPSc, pero ¿cómo es capaz de actuar esta proteína como un agente
infeccioso? De acuerdo con la hipótesis difundida, la molécula de proteína
prión anormal (PrPSc) puede unirse a una molécula normal (PrPC) y actuar
como un molde que permite que la proteína normal sufra el plegamiento
anormal. Esta conversión puede mostrarse y ocurrir en un tubo de
ensayo: la adición de PrPSc a una preparación de PrPC puede al parecer
convertir las moléculas de la PrPC en la conformación PrPSc. Según esta
hipótesis, la parición de una proteína anormal en el cuerpo, ya sea como