Locally Linear Embedding

Dos aminoácidos pueden estar enlazados a través de unenlace peptídico_{, donde el}

grupo carboxilo del primer aminoácido reacciona con el grupo amino del segundo. Una serie de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos forman unacadena polipeptídica

(Ver Figura 7), y cada aminoácido en ella se llamaresiduo7_{. Las proteínas se forman}

por una o más cadenas polipeptídicas (Berget al._{, 2012), cuyas secuencias de residuos}

determinan suestructura primaria. Los extremos de estas cadenas se caracterizan por tener un grupo amino (por convención, a la izquierda de la cadena) y un grupo carboxilo que no son parte de algún enlace peptídico. Así, se tiene elN terminal_como

inicio y elC terminal _{como final de una cadena polipeptídica.}

Una cadena polipeptídica consiste de una parte que se repite regularmente en ca- da residuo de aminoácido, llamada cadena principal o columna vertebral; y una parte variable, que componen las distintas cadenas laterales de los residuos, llamada simplemente cadena lateral. La columna vertebral está compuesta por el conjunto de átomos pertenecientes al grupo amino, grupo carboxilo y el carbono-α _{de todos}

los residuos de la cadena. En general sólo se consideran los átomos pesados en una proteína, dejando afuera así a los átomos de hidrógeno. Entonces, los átomos de cada residuo de la cadena polipeptídica que pertenecen a la cadena principal son: el nitró- geno (N), el carbono alfa (Cα), el carbono carbonilo (C) y el oxígeno carbonilo (O). Por la composición de la cadena principal, esta región tiene un alto potencial para formar enlaces de hidrógeno.

Una cadena polipeptídica puede adoptar ciertas estructuras regulares, siendo las principales las estructuras periódicas llamadas hélices α _yláminas β_{. Una hélice} α _es

7_{Como al formar un enlace peptídico se libera una molécula de agua, entonces quedan}residuos_de

N-terminal … … C-terminal 𝑅𝑒𝑠1 𝑅𝑒𝑠2 𝑅𝑒𝑠3 𝑅𝑒𝑠𝑖−1 𝑅𝑒𝑠𝑖 𝑅𝑒𝑠𝑖+1 𝑅𝑒𝑠𝑛−2𝑅𝑒𝑠𝑛−1 𝑅𝑒𝑠𝑛 C_α C N N C_α C N C_α C O O O R

Residuo i-1 Residuo i Residuo i+1

R R Cadena principal Cadena lateral Enlace peptídico R

Cadena Polipeptídica

Figura 7. Composición de una cadena polipeptídica, formación de enlaces peptídicos y diferenciación entre cadena principal y lateral. En la cadena principal de esta figura sólo se muestran los átomos pesa- dos.

generada por el apilamiento de residuos en una hélice, formando un cilindro fijo. Una lámina β _{es una estructura donde parte de la cadena de residuos se apilan de una}

manera lineal. Como la proteína tiene una dirección (del término N al C), se pueden distinguir las hojas paralelas (las partes tienen la misma dirección) y antiparalelas (dirección opuesta).

También existen estructuras irregulares como loslazos_{, que conectan a las dos an-}

teriores; y aunque no son periódicas están bien definidas y contribuyen junto con las

hélices α_yláminas β_{a formar la estructura final de la proteína. Estas tres estructuras}

están formadas por un patrón regular de enlaces de hidrógeno entre los átomos de la cadena principal de residuos cercanos dentro de la secuencia de la cadena polipeptí- dica y dichas estructuras se conocen como elementos de la estructura secundaria de la proteína.

La estructura tridimensional compacta y asimétrica que adopta individualmente ca- da cadena polipeptídica se conoce como estructura terciaria. Desde este nivel de descripción es útil la siguiente clasificación de proteínas de acuerdo a sus característi- cas estructurales y de solubilidad (Nelson y Cox, 2004):

1. Proteínas fibrosas: cumplen varias funciones estructurales, y consisten en cade- nas polipeptídicas dispuestas en múltiples repeticiones de elementos simples con estructura secundaria; por lo que resultan en estructuras largas de un solo tipo de estructura secundaria. Todas las proteínas fibrosas son insolubles en agua, lo

MEQRITLKDYAMRFGQTKTAKD

LGVYQSAINKAIHAGRKIFLTI

NADGSVYAEEVKPFPSNKKTTA

Hélices 𝛼

Lazos

Láminas 𝛽

Estructura primaria

Elementos de la estructura secundaria

Estructura terciaria

Estructura cuaternaria

Cadena 1

Cadena 2

Figura 8.Niveles de representación estructural de la proteína 5CRO. Las imágenes fueron creadas con el

programa VMD (Humphreyet al._{, 1996). Existen varias formas de visualizar estructuras tridimensionales;}

en esta imagen se adoptaron los estilos “Cartoon” y “CPK”.

cual se debe a la alta concentración de residuos hidrofóbicos en el interior y en la superficie de la proteína. Algunos ejemplos son la α_{-queratina y el colágeno.}

2. Proteínas globulares: incluyen a las enzimas y a las proteínas de transporte, mo- toras, reguladoras, inmunoglobinas y otras. Las proteínas globulares tienen cade- nas polipeptídicas que adoptan una forma esférica o globular y tienen un patrón de plegado más complejo que las fibrosas. Las proteínas de este tipo generalmen- te contienen varios tipos de estructura secundaria y son más solubles en agua. La mioglobina8_{fue la primera proteína de este tipo cuya estructura fue determinada} experimentalmente.

3. Proteínas de membrana: son proteínas que interactúan o se encuentran en mem- branas biológicas. Como las membranas están constituidas principalmente de

cadenas hidrofóbicas de alcanos9_{, los residuos superficiales de las proteínas de} membrana son también hidrofóbicos con el fin de lograr la interacción. Las proteí- nas de este tipo funcionan como receptoras o como transportadoras a través de la membrana, por lo que pueden cruzar la misma o sólo interactuar con su parte interna o externa. Un ejemplo es la proteína RAS, que es importante en rutas de transmisión de señales celulares.

Las estructuras de las proteínas solubles en agua tienen dos características en común: (i) su interior está formado por residuos de aminoácidos hidrofóbicos, (ii) su superficie está formada principalmente por residuos de aminoácidos hidrofílicos que interactúan con el solvente, denominados residuosexpuestos_{. Por lo tanto, las interac-}

ciones hidrofóbicas de los residuos internos (conocidos también como residuos ente- rrados_{), son la fuerza principal para la formación de la estructura terciaria de este tipo}

de proteínas. A este proceso de formación de la estructura tridimensional se lo conoce como plegamiento de la proteína_{. En las proteínas de membrana ocurre lo contrario:}

los residuos hidrofóbicos están en la superficie e interactúan con el medio hidrofóbico en que se encuentran, mientras que los residuos hidrofílicos se encuentran blindados dentro de la proteína (Berget al._{, 2012).}

Las proteínas que consisten de más de una cadena polipeptídica presentan una estructura cuaternaria, donde cada cadena se llama subunidad_{. Las estructuras}

cuaternarias pueden ser tan simples como dos subunidades idénticas (ver ejemplo de la Figura 8), o complejas como docenas de subunidades distintas. En la mayoría de los casos, las subunidades se mantienen juntas mediante enlaces no covalentes (Berg

et al._{, 2012).}