La queratina en los tejidos puede dar lugar a estructuras de gran dureza, como los cuernos. En el ser humano encontramos queratina en la epidermis, el pelo y las uñas, estructuras ricas en α-queratina. Presentan muchas Cys en su estructura (muchos puentes disulfuro). Hay otro tipo de queratina en estructuras como las fibras de la seda, estructuras ricas en β-queratina. No presentan Cys en su estructura (no hay puentes disulfuro).

α-Queratina

Estructura Primaria

Más de 300 residuos de longitud. Gran porcentaje de Cys. Gran cantidad de Ser, Glu, Gln (en zonas externas de la proteína por ser polares).

Estructura Secundaria

Mayormente helicoidal. La cadena polipeptídica presenta una zona central cuya estructura es de α-hélice dextrógira (3.6 residuos por vuelta). En esta hélice hay aminoácidos hidrófobos (cadena lateral apolar) que se sitúan cada 4 residuos, por lo que se disponen hacia el mismo lado de la hélice. Estos residuos hidrófobos interaccionan con los residuos hidrófobos del otro monómero (para formar la superhélice levógira). Estas interacciones hidrofóbicas favorecen la estabilización de la superhélice levógira.

Estructura Terciaria

Coincide con la secundaria (las cadenas en α-hélice dextrógira no se vuelven a plegar sino que polimerizan, es decir, se unen varias cadenas en α-hélice).

Estructura Cuaternaria

Las superhélices levógiras se agrupan en parejas y forman un protofilamento (4 cadenas polipeptídicas agrupadas en dos superhélices levógiras). Se pueden establecer puentes disulfuro entre las distintas estructuras helicoidales puesto que los residuos de Cys proyectan su cadena lateral hacia fuera de la superhélice levógira.

β-Queratina

Estructura Primaria

No posee Cys en su cadena de aminoácidos. Posee muchos aminoácidos con cadenas laterales de pequeño tamaño (Gly, Ala, Ser).

Estructura Secundaria y Terciaria

La fibroína contiene regiones largas de lámina β antiparalelas. En la fibroína de la seda existen amplias regiones en las que uno de cada dos residuos es Gly. En la estructura de lámina β, todos los residuos de Gly quedan proyectados hacia el mismo lado de la lámina, y los otros residuos quedan proyectados hacia el lado contrario (Ala o Ser, por ejemplo).

Colágeno

La unidad básica es el TROPOCOLÁGENO: una molécula con forma de fibra formada por tres cadenas polipeptídicas de igual tamaño, llamadas cadenas α (NO SON α-hélices), cada una de las cuales tiene una estructura secundaria de hélice levógira y que forman una superhélice dextrógira. Las unidades de tropocolágeno se encuentran agrupadas de forma paralela, unidas unas a otras para formar las fibras de colágeno.

Estructura Primaria

La secuencia de aa de las cadenas polipeptídicas que forman el tropocolágeno es muy regular y periódica: uno de cada 3 residuos es Gly, y además la secuencia Gly-Pro-Hyp se repite con frecuencia.

Estructura Secundaria y Terciaria

• Cadenas α de colágeno: hélice levógira (-3,3 residuos/vuelta).
• Encontramos 1 Glicina por cada 3 aminoácidos.

Estructura Cuaternaria

Las tres cadenas levógiras se enrollan para formar una triple hélice dextrógira (TROPOCOLÁGENO).

• El tropocolágeno es muy compacto. El único residuo que puede situarse en una posición interior es la Gly (hay 3 aa por vuelta de hélice, el tercer residuo en cada cadena debe ser Gly).
• Los otros dos residuos situados a cada lado de la Gly quedan en el exterior de la superhélice de tropocolágeno, donde disponen de suficiente espacio los voluminosos anillos de la Pro y la Hyp.

Modificaciones de los Residuos de Pro y Lys

Hidroxilaciones

Algunos residuos de prolina y lisina (menos frecuente) se hidroxilan tras la síntesis de cada cadena de colágeno. La vitamina C es necesaria para mantener la estructura del centro activo de la enzima que hidroxila a estos dos aminoácidos (Pro, Lys). Por tanto, el déficit de vitamina C produce el debilitamiento de las fibras de colágeno al no estar hidroxiladas la Pro y Lys.

Glucosilaciones

La lisina modificada (hidroxilada) es la encargada de unir a los azúcares. El colágeno es una GLICOPROTEINA.

Interacciones No Covalentes

• Enlaces iónicos
• Puentes de H intercatenarios

Enlaces Covalentes

Uniones entre las cadenas laterales de las Lys. Las moléculas de tropocolágeno polimerizan, formando la fibrilla. Esta unión se produce por enlaces covalentes que implican residuos de Lys e OH-Lys.

Características de la Estructura Terciaria

La cadena polipeptídica está plegada de un modo muy compacto. Los tramos rectilíneos suelen presentar estructura secundaria en hélice-α o en conformación β. En una gran mayoría de proteínas coexisten zonas con uno y otro tipo de estructura. Estos tramos están separados por codos β o por curvaturas sin estructura secundaria. Las proteínas globulares poseen un interior y un exterior definidos (interior hidrófobo, exterior hidrófilo). Los restos de aminoácidos con grupos R polares o con carga se proyectan hacia el exterior de la estructura, expuestos al contacto con las moléculas de agua. Los restos de aminoácidos con grupos R no polares (hidrófobos) se encuentran en el interior de la estructura, aislados del contacto con el agua y ejerciendo interacciones hidrofóbicas entre sí. En las proteínas fibrosas (alargadas, muy resistentes e insolubles en agua) la estructura terciaria es muy simple e incluso coincide a menudo con la estructura secundaria, ya que las cadenas laterales apenas influyen en la estructura porque tienen pocos grupos polares.

Dominios

Son determinadas combinaciones de hélices α y láminas β plegadas de manera estable y que desempeñan funciones concretas en la proteína. Los mismos dominios muchas veces aparecen en proteínas diferentes.

Ejemplos de Dominios

• Dominio quinasa: transfiere un grupo fosfato a un aminoácido (fosforila).
• Dominio fosfatasa: elimina el grupo fosfato unido al aminoácido de una proteína.
• Dominio extracelular: permite a la proteína interaccionar con moléculas extracelulares.
• Dominio transmembrana: Transmite la señal desde la zona extracelular hasta el interior de la célula.
• Dominio intracelular: provoca cambios en el interior celular en respuesta a una señal que ha llegado a la membrana. Normalmente estos cambios consisten en la activación de proteínas intracelulares que conllevan una activación génica.

Estructura Cuaternaria

Unión de varias cadenas proteicas o subunidades (iguales o diferentes). Puede definirse, por tanto, como la relación espacial de las subunidades de una proteína oligomérica. El alosterismo es la propiedad de algunas proteínas de cambiar de conformación y actividad (cambia de una conformación nativa a otra conformación diferente), cuando éstas interactúan específicamente con algunos ligandos (efectores alostéricos). Dichos ligandos modifican la estructura terciaria, cuaternaria o ambas. Este mecanismo permite regular la actividad biológica de una proteína y, por tanto, su función (el ligando se une a su lugar de unión en la proteína y activa o reprime su función). Es frecuente que las proteínas enzimáticas o transportadoras con estructura cuaternaria tengan dos o más estados distintos que afectan a su actividad biológica. Cambia la estructura cuaternaria cambiando su función. EJEM: ENZIMAS, HEMOGLOBINAS

Desnaturalización

Es la pérdida de su conformación espacial característica cuando se somete a condiciones ambientales desfavorables y, como consecuencia, se anula su funcionalidad biológica. Agentes desnaturalizantes: físicos (temperatura) y químicos (pH). NO AFECTA a la estructura primaria (enlaces peptídicos). SÍ PUEDE AFECTAR a las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria.

Renaturalización

Posible siempre que no se pierda la estructura primaria (desnaturalización reversible).

Disociación

Pérdida de la estructura cuaternaria.

Desnaturalización

Pérdida de la conformación nativa y la funcionalidad.

Clasificación de Proteínas por su Forma

Globulares

Forma esférica. Son solubles en medio acuoso. Poseen diferentes estructuras secundarias en una misma molécula. Funciones diversas: enzimas, anticuerpos, proteínas de transporte (hemoglobina).

Fibrosas

Forma de largas hebras paralelas a lo largo de un eje. Resistentes, insolubles en agua, con una única estructura secundaria (normalmente). Suelen constituir elementos básicos estructurales del tejido conjuntivo (ej.: colágeno).

Clasificación de Proteínas por su Composición

Holoproteínas

Son aquellas que están constituidas únicamente por aminoácidos.

Heteroproteínas

Son aquellas en las que las cadenas de aminoácidos están unidas a otras moléculas de naturaleza no proteica: GRUPO PROTEICO + GRUPO PROSTÉTICO

Traducción en el ribosoma.

• Hidroxilación de Pro y Lys.
• Liberación del ribosoma y adición de azúcares.
• Formación de la triple hélice y plegado de los dominios globulares de los extremos.
• Secreción desde la célula.
• Eliminación de los dominios N-terminal y C-terminal.
• Modificación de los residuos de Lys para formar entrecruzamientos y dar consistencia a la fibra de colágeno.

El enlace peptídico es una unión tipo amida que se produce al reaccionar el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de otro. Como resultado se produce la unión de los dos aminoácidos y el desprendimiento de una molécula de agua.

Péptidos con Función Hormonal

• Insulina y Glucagón: Hormonas pancreáticas implicadas en la regulación del metabolismo de la glucosa.
• Vasopresina (hormona antidiurética): Secretada por la hipófisis, controla la reabsorción de agua en el riñón y la presión sanguínea. Control de la contracción del músculo liso uterino. Inducción y aceleración farmacológica del parto. Ambas poseen dos Cys formando un puente disulfuro.

Estructura Primaria

Secuencia de aminoácidos de la proteína. Es importante qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y también el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. También se especifica la localización de los puentes -S-S-. Características de la estructura primaria:

• La estructura primaria de las proteínas es en última instancia la responsable de las demás estructuras (cadenas laterales de los aminoácidos implicados).
• La estructura primaria determina la existencia en la proteína de un aminoácido con el grupo amino libre (EXTREMO N-TERMINAL) y otro con un grupo carboxilo libre (EXTREMO C-TERMINAL).
• La secuencia de una proteína se escribe enumerando los aminoácidos desde el extremo N-terminal hasta el C-terminal.
• Aquellas proteínas que desempeñan funciones similares en diferentes especies tienen secuencias de aminoácidos parecidas entre sí. Por lo tanto, existe algún tipo de relación entre la secuencia de aminoácidos y la función de las proteínas.

Estructura Secundaria

Hace referencia a la disposición espacial regular y repetitiva relativamente estable de secuencias de aminoácidos próximos en la cadena polipeptídica. Es el primer nivel de plegamiento, en el que los distintos restos de aminoácidos se disponen de un modo ordenado y repetitivo siguiendo una determinada dirección. La estructura primaria es lo que principalmente determina el modo en que una cadena polipeptídica ha de plegarse a lo largo de un eje.

• La rigidez de los enlaces peptídicos.
• La capacidad de giro de los enlaces establecidos entre el C asimétrico y las cadenas laterales.