Proteínas IV: Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria

Orden superior de estructura proteica

En esta lección, aprenderemos sobre la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas, pero primero, tomemos un pequeño desvío y hablemos de la escritura.

¿Qué tiene que ver la escritura con la bioquímica? Bueno, pensemos en esto por un segundo.

Tres aminoácidos pueden unirse para formar un tripéptido.

Así que digamos que necesitas escribir una historia y tu historia estará compuesta de varios párrafos. Ahora, cuando vas a escribir un párrafo, no solo piensas en letras al azar y las ensamblas mágicamente en tu párrafo terminado, ¿verdad? En cambio, toma sus letras y las usa para crear palabras.

Hay diferentes tipos de palabras, ¿verdad? Entonces, estos diferentes tipos de palabras pueden ser cosas como sustantivos, pronombres, adverbios y verbos, y todas estas cosas diferentes se pueden juntar para formar oraciones. Después de tener oraciones, estas oraciones pueden unirse para formar un párrafo que tenga sentido para su historia.

Ahora, en el caso de las proteínas, no es exactamente lo mismo, pero es bastante similar. Como sabemos, los aminoácidos pueden unirse para formar péptidos. Estos pueden ser muy cortos, como dipéptidos que constan de dos aminoácidos, tripéptidos, que constan de tres aminoácidos, y polipéptidos, que son desde allí hasta aproximadamente 30 aminoácidos. Finalmente, los aminoácidos pueden unirse para formar proteínas.

Estructura primaria

Estructura primaria de aminoácidos

Entonces, en este punto, tenemos la estructura primaria de la proteína en nuestras manos. Conocemos el orden de los aminoácidos, pero no sabemos cómo se organizan entre sí como lo harían las palabras en una oración.

Estructura secundaria

Una bobina aleatoria es un tipo de estructura secundaria.

Aquí es donde entra la estructura secundaria. La estructura secundaria es una estructura tridimensional repetitiva de una proteína. Estas son cosas con las que las personas a menudo entran en contacto cuando miran estructuras de proteínas. Las estructuras secundarias son comunes entre las proteínas, por lo que diferentes proteínas tendrán los mismos tipos de estructuras secundarias. El más común de estos se llama hélice alfa . La hélice alfa es la estructura secundaria donde se enrolla la proteína porque hay enlaces de hidrógeno entre la columna vertebral de sus aminoácidos.

La hélice alfa obtiene su forma de bobina de los enlaces de hidrógeno.

Entonces, si miramos este ejemplo, podemos ver que se están formando enlaces de hidrógeno entre los nitrógenos de amina y los oxígenos de carbonilo en diferentes aminoácidos. Ahora, cuando decimos columna vertebral, lo que queremos decir son los enlaces peptídicos además del nitrógeno en la amina, el carbono en el que se asienta el grupo lateral y el carbono carbonilo. Y como puede ver, en el caso de esta hélice alfa, parece una bobina, de ahí el nombre ‘hélice’.

Otra estructura secundaria común es la hoja beta, o la hoja beta plisada. La hoja beta es una estructura secundaria donde la columna vertebral de diferentes cadenas de aminoácidos (es decir, no la parte de la cadena lateral) se mantiene unida por enlaces de hidrógeno entre el nitrógeno amínico y el oxígeno del carbonilo. Estos forman una región aplanada en la proteína.

Finalmente, está la bobina aleatoria . Como puede imaginar por su nombre, es una cadena de péptidos no estructurada. Entonces, esto es lo que sucede cuando no hay enlaces de hidrógeno entre la columna vertebral de la proteína y simplemente está flotando en el espacio de manera flexible. Piense en ello como un espagueti con proteínas.

Estructura terciaria

Entonces, al igual que tomamos palabras y las ponemos en oraciones, podemos tomar las estructuras primaria y secundaria de una proteína y pueden interactuar para formar la estructura terciaria. Ahora, la estructura terciaria es la estructura tridimensional completa de una proteína o péptido, incluidas todas las disposiciones de sus átomos porque tienden a permanecer bastante estacionarios.

Entonces, cuando miramos la hemoglobina, la proteína que transporta el oxígeno a través de nuestro cuerpo, encontramos que está hecha de dos subunidades de proteína alfa y dos subunidades de proteína beta, por lo que está hecha de cuatro piezas diferentes.

La subunidad beta de la hemoglobina está formada por muchos aminoácidos.

Centrémonos en uno de ellos por ahora: la subunidad beta de hemoglobina. Podemos ver aquí que la subunidad está formada por muchos aminoácidos en su estructura primaria. Estos aminoácidos se unen para formar varias hélices alfa, que se unen para formar su estructura terciaria.

También puede notar un pequeño grupo extraño pegado en el medio de la hemoglobina que tiene cuatro lados. Este es el grupo hemo y es el que transporta el oxígeno por nuestro cuerpo. ¡Solo un dato divertido!

Entonces, como dijimos, la hemoglobina tiene dos subunidades alfa y dos subunidades beta. Entonces, ¿cómo se juntan? Al igual que las oraciones no suelen funcionar solas cuando se escribe una historia, las proteínas tampoco siempre son independientes. Algunos de ellos se unen para formar grupos más grandes de proteínas.

Estructura cuaternaria

Esto se llama estructura cuaternaria . Esta es la estructura tridimensional completa de una proteína que contiene múltiples péptidos o proteínas. En este caso, la hemoglobina está formada por cuatro proteínas diferentes. Notarás que todas estas subunidades se unen para formar una molécula grande con forma de rosquilla.

La estructura cuaternaria de una proteína, como la hemoglobina, consta de múltiples péptidos.

Anemia falciforme

Para darle una idea de cuán importantes e interrelacionadas pueden ser las estructuras primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas, veremos la anemia de células falciformes.

La anemia de células falciformes es una enfermedad que ocurre cuando hay una mutación en la subunidad beta de la hemoglobina. En las personas, esto causa una enfermedad muy dolorosa en la que sus glóbulos rojos adquieren forma de hoz, en lugar de ser glóbulos rojos redondos normales, y no funcionan tan bien.

Este único cambio en la estructura primaria provoca cambios en las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria que dan como resultado un cambio en la forma general de la proteína. La hemoglobina de células falciformes se comporta normalmente cuando el oxígeno está unido a ella, pero cuando el oxígeno no está unido a ella, puede formar grandes polímeros de proteína donde todas las subunidades de muchas moléculas de hemoglobina diferentes se unen y forman una hebra muy larga de hemoglobina de células falciformes. Esto es lo que hace que las células adquieran forma de hoz.

Desnaturalización

Un huevo se solidifica cuando se fríe porque sus proteínas se desnaturalizan.

Ahora, en general, a las proteínas les gusta existir en su forma más estable y en realidad son muy estables y es difícil hacer que pierdan su estructura. La forma de hacer que pierdan estructura es hacer que se sometan a algo llamado desnaturalización , que es la ruptura de las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas mediante tratamiento térmico o químico. Entonces, si trata una proteína con mucho ácido, o la cocina, entonces toma la proteína, rompe las hojas y hélices beta y convierte toda la proteína en una espiral aleatoria.

Es por eso que un huevo de repente se solidifica cuando lo fríes. Cuando rompes un huevo por primera vez, todas sus proteínas están en su estado natural. A medida que lo calienta, las proteínas se descomponen en bobinas aleatorias y estas largas hebras se unen y tienen fuerzas intermoleculares entre sí, lo que hace que se solidifiquen en su delicioso huevo frito.

Resumen de la lección

Para resumir, hemos hablado de que, al igual que escribir una historia, las proteínas se unen de una manera específica. Las estructuras primarias son como palabras; no están hechos de aminoácidos aleatorios, sino de aminoácidos ordenados específicamente, al igual que las palabras están formadas por letras ordenadas específicamente.

La estructura secundaria , que es la estructura tridimensional repetitiva de una proteína, viene en tres sabores diferentes: la hélice alfa , la hoja beta y la bobina aleatoria . Son como diferentes tipos de palabras que puedes juntar en el caso de un ensayo o una historia para formar una oración.

La estructura terciaria es la estructura tridimensional completa de una única proteína o un péptido que incluye todas sus disposiciones de átomos. Finalmente, al igual que a veces las oraciones no están separadas por sí mismas sino que forman parte de párrafos, la estructura cuaternaria es la estructura tridimensional completa de una proteína que tiene múltiples partes de péptidos o proteínas.

Además, hemos aprendido que la desnaturalización , que es la ruptura de las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas, puede ocurrir por calentamiento o tratamiento químico de una proteína y deja intacta la estructura primaria de una proteína.

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado, debería poder:

• Nombrar y describir las cuatro estructuras de proteínas.
• Identificar los tres tipos diferentes de estructura secundaria.
• Explica cómo las proteínas pueden verse obligadas a perder su estructura.