La estructura de las proteínas esta estabilizada por diferentes tipos de enlaces,
como enlaces covalentes (enlace peptídico,
enlace por puentes disulfuro),
enlaces por puentes de hidrógeno (interacciones dipolo-dipolo),
interacciones hidrofóbicas, enlaces salinos (interacciones electrostáticas)
o las fuerzas de los contactos de Van der Waals.
Todos estos tipos de enlaces juegan un importante papel en la estabilización de la estructura tridimensional de las proteínas.
La fuerza de atracción de los diferentes enlaces que intervienen en la estabilización de las proteínas se expresa en kcal/mol, y corresponde a la energía liberada al formar el enlace, o la energía que debe suministrarse para romper el enlace que es:
TIPO DE ENLACE |
Fuerza (kcal/mol) |
Covalente |
-50 a -100 |
Iónico o salino |
-1 a -80 |
Puentes de hidrógeno |
-3 a -6 |
Van der Waals |
-0.5 a -1 |
Hidrofóbico |
-0.5 a -3 |
Este tipo de enlaces se establece al oxidarse dos cisteínas para formar una cistina,
unión de los dos azufres. Este tipo de uniones se conocen con el nombre de
puentes disulfuro. -CH2-S-S-CH2-
|
Los aminoácidos básicos y ácidos de las proteínas presentan a pHs fisiológicos carga. Al poderse encontrar en el esqueleto polipeptídico aminoácidos ácidos (Glu y Asp) que presentan carga negativa; y aminoácidos básicos (His, Lys, Arg) que presentan carga positiva; hay distintas regiones de las proteínas con carga opuesta que se atraen por fuerzas electrostáticas, interacciones que se conoce con el nombre de enlace salino. Aunque es raro encontrar aminoácidos cargados en el interior de la proteína, si están, juegan un papel importante ya que la distancia y fuerza de este tipo de enlace se aproxima a los valores del enlace covalente (2,8 Å). |
En el modelo propuesto como ejemplo, el grupo ácido de la cadena lateral del Asp194 interacciona con el grupo amino terminal de otra cadena polipeptídica, correspondiente a una Ile16.
Los grupos cargados normalmente se encuentran en la superficie de la proteína, y determinan el correcto plegamiento de la proteína al poder interaccionar con el agua de solvatación. Las moléculas de agua interaccionan con las cargas de las cadenas laterales (o grupo amino y carboxilo terminal). Son ejemplos de este tipo de interacción las Lys202 y Lys203 con las moléculas de agua de solvatación.
Manteniendo la estructura de las proteínas hay diferentes tipos de enlaces por puentes de hidrógeno, dependiendo de los átomos que intervienen en el mismo:
Las cadenas laterales de dos aminoácidos de
la cadena polipeptídica |
Los átomos de la cadena lateral de los aminoácidos y las moléculas de agua de solvatación |
Los átomos de la cadena lateral de los aminoácidos y los átomos del esqueleto polipeptídico |
Los átomos del esqueleto polipeptídico |
Las interacciones hidrofóbicas se dan entre las cadenas laterales de los aminoácidos hidrofóbico, estos aminoácidos suelen disponerse en el interior de la proteína, evitando de esta manera las interacciones con el agua. Este tipo de fuerzas hidrofóbicas intervienen en el correcto plegamiento de la proteína. Las uniones hidrofóbicas suelen darse en el interior, corazón hidrofóbico de la proteína, donde la mayoría de cadenas laterales puede asociarse estrechamente y se encuentran protegidas de las interacciones con el disolvente. Así la Pro198 y la Val200 son dos de los seis aminoácidos hidrofóbicos del modelo polipeptídico. |
Estos dos aminoácidos se asociación de manera estrecha con las cadenas hidrocarbonadas de Leu209, Val121 y Trp207. Este tipo de interacciones ayudan a mantener la estructura tridimensional de las proteína.
Aunque no todos los aminoácidos hidrofóbicos se encuentran en el interior de las proteínas, cuando las cadena lateral hidrofóbicas están expuestas a las moléculas polares del agua usualmente involucran un enlace hidrofóbico externo. Podemos observar la unión hidrofóbica entre la Pro24 y Phe71. |
Las fuerzas de Van der Waals, son atracciones eléctricas débiles entre diferentes átomos. Estas fuerzas son el resultado de las fuerzas atractivas y repulsivas que se establecen al acercarse los átomos, de manera que existe una distancia en que la atracción es máxima. Esta distancia se encuentra en lo que se conoce con el nombre de radios de Van der Waals. Estas fuerzas se deben a que cada átomo posee una nube electrónica que puede fluctuar, creando de esta manera dipolos temporales. El dipolo transitorio en un enlace puede inducir un dipolo complementario en otro enlace, provocando que dos átomos de los diferentes enlaces se mantengan juntos. |
Estos dipolos transitorios provocan una atracción electrostática débil: las fuerzas de Van der Waals.
Los puntos alrededor de los átomos representan el radio de Van der Waals.
Estas atracciones de Van der Waals, aunque transitorias y débiles son un componente importante en la estructura de las proteínas porque su número es importante. La mayoría de los átomos de una proteína están empaquetados lo suficientemente próximos unos de otros para involucrar estas fuerzas transitorias.
Dr. Gregorio Fernandez Ballester. (IBMC-UMH)
Dra. Pilar Roca. (Universitat de les Illes Baleares)
Dr. José Antonio Encinar. (IBMC-UMH)
- Brandon, C., and J. Tooze, Introduction to Protein Structure. Garland Publishing, New York/London, 1991.
- Dressler, D., and H. Potter, Discovering Enzymes. W.H. Freeman, New York/Oxford, 1991.
- N.H.Yennawar, H.P.Yennawar, G.K. Farber (1994) X-ray Crystal Structure of Gamma-chymotrypsin in Hexane. Biochemistry 33: 7326.
- M.Harel, C.T.Su, F.Frolow, I.Silman, J.L.Sussman (1991) Gamma-chymotrypsin Is a Complex of Alpha-chymotrypsin with its Own Autolysis Products. Biochemistry 30: 5217.