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• Alejandro Mogrovejo

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Se cree que las proteínas se pliegan a través de un Muchas proteínas purificadas se pliegan in intermediario vitro de forma adecuadaglobular después de haber sido desplegadas, por lo que durante muchos fundido años se pensó que las proteínas pueden adoptar todas las conformaciones posibles mientras se van plegando, pero actualmente se sabe que para cualquier proteína grande existen muchísimas más conformaciones posibles de las que se pueden explorar durante los pocos segundos que tarda la proteína en plegarse.

Las

proteínas se pliegan rápidamente formando estructuras en las que se ha formado la mayor parte de la estructura secundaria final (hélices a y láminas B) y en las que estos elementos se disponen de una forma extraordinariamente semejante a la correcta El punto de partida de un proceso lento en el que se producen muchos ajustes entre cadenas laterales intentando formar correctamente la estructura terciaria se conoce como glóbulo fundido.

En

las etapas posteriores hacia la conformación final se han de producir diferentes procesos que pueden conducir a plegamientos incorrectos a no ser que se den con la colaboración de una chaperona molecular Chaperona molecular proteínas especiales de las células cuya función consiste en ayudar a otras proteínas a plegarse y ensamblarse en estructuras estables y activas.

Las chaperonas Las chaperonas moleculares se identificaron por primera vez en las bacterias. moleculares facilitan el Las células eucariotas tienen familias de plegamiento las proteínas hsp60 y de hsp70, de forma que diferentes miembros de las familias actúan proteínas en compartimientos celulares distintos. Tanto las proteínas hsp60 como las hsp70

actúan con un reducido número de proteínas asociadas, cuando colaboran en el plegamiento de otras proteínas.

Presentan

afinidad por las zonas hidrofóbicas asequibles que muestran las proteínas plegadas de forma incompleta e hidrolizan ATP. Las chaperonas se unen a las regiones hidrofóbicas expuestas, y dan un masaje a las regiones de la proteína que están medio plegadas a partir del intermediario globular fundido, cambiando su estructura de tal manera que proporciona a la proteína otra posibilidad de plegarse.

La maquinaria hsp70 actúa precozmente en

la vida de una proteína, uniéndose a cadenas de unos siete aminoácidos hidrofóbicos antes de que la proteína se libere del ribosoma .

• Las proteínas semejantes a hsp60 forman

una estructura parecida a un gran barril que actúa como "cámara de aislamiento" dentro de la cual se colocan las proteínas a medio plegar, y se les facilita un entorno favorable donde puedan intentar volverse a plegar

• Estas

chaperonas moleculares se denominan proteínas de estrés por calor debido a que su síntesis se incrementa notablemente tras una breve exposición de las células a elevadas temperaturas (por ejemplo, 42°C). • Ello parece reflejar una operación de retroalimentación que responde a un incremento de la cantidad de proteínas medio desplegadas, de forma que se incrementa la síntesis de chaperonas que ayudan a las proteínas a volverse a plegar.

Muchas proteínas contienen series de • A menudo el plegamiento de una proteína acabada de sintetizar empieza con la formación de un determinado moléculas de número de dominios plegadas estructurales estables, que se corresponden con unidades funcionales, en forma de unidades plegadas que retienen su estructura incluso forma independiente cuando son separados de la proteína, bien sea por

proteolisis selectiva o por técnicas de ingeniería genética y se denominan módulos. • Los módulos proteicos tienen típicamente entre 40 y 100 aminoácidos de longitud. Su pequeño tamaño y su capacidad de plegarse independientemente han hecho posible determinar la estructura tridimensional de muchos de ellos.

Cada uno de ellos tiene un núcleo con una

estructura estable formado por cadenas o por láminas B del que salen asas de cadenas polipeptídicas menos ordenadas.  Las asas están situadas formando lugares de unión para otras moléculas Una segunda característica de los módulos proteicos que explica su utilidad es la facilidad con la que pueden ser integrados en otras proteínas.

Las proteínas pueden unirse unas a otras a • Las proteínas pueden unirse entre sí al menos través de diferentes de tres maneras: 1. Una porción de la superficie de una proteína tipos de interfases contacta con un asa extendida de una cadena

2.

polipeptídica de otra proteína. Las interacciones de este tipo permiten, por ejemplo, que el dominio SH2 reconozca un asa fosforilada de otra proteína, y también permiten a una proteína quinasa reconocer las proteínas que fosforilará. Apareamiento de dos hélices a, una de cada proteína, formando una hélice superenrollada.

3.

Acoplamiento preciso entre dos superficies rígidas, una de cada proteína . Las interacciones de este tipo pueden ser muy fuertes, ya que se puede formar un elevado número de enlaces si las superficies se acoplan bien y extraordinariamente específicas, permitiendo que una proteína seleccione a otra proteína determinada de entre los muchos miles de proteínas que presenta una célula eucariota superior. Este el sistema más común de interacción entre dos proteínas

La conexión y la proteólisis Muchas proteínas selectiva forman grandes agregados con otras proteínas. Ello requiere que cada aseguran losselectivamente a otras proteína se una proteínas simultáneamente. ensamblajes del tipo  Para ello, debe haber mecanismos que aseguren que los ensamblajes se produzcan por todo o nada sistemas del todo o nada. Si un ligando cambia la conformación de una

proteína alostérica de forma que la proteína se una a otro ligando de forma más eficiente, el segundo ligando puede, a su vez, incrementar la afinidad de la proteína por el primer ligando.

Este

mismo principio se aplica a las interacciones proteína-proteína. Cuando dos proteínas se unen entre sí, a menudo una de ellas incrementa su afinidad por una tercera proteína. Debido a esta conexión el complejo de las tres proteínas será más estable que el complejo de una sola proteína. Un mecanismo de este tipo puede producir un ensamblaje del tipo todo o nada. complejo fuerte

la unión de X / \ ( facilita la unión de Yf x /=í~"^'

la unión de Y YBfacilita la unión de X complejo débil

Aunque se produzcan mecanismos de ensamblaje

del tipo todo o nada que dirijan la conformación de complejos proteicos completos, a no ser que la célula presente las cantidades exactas de las proporciones adecuadas de cada proteína del complejo, sobrarán proteínas no ensambladas. las células son capaces de degradar selectivamente cualquier complejo proteico mal ensamblado .

estable

susceptible de degradación

PROTEOLISIS

Las

células eucariotas contienen un elaborado conjunto de proteínas que permite dirigir específicamente los ensamblajes incompletos de este tipo hacia la maquinaria de degradación proteica.

La proteólisis dependiente de ubiquitina es la responsable principal del

Una

de las funciones de los mecanismos intracelulares de proteólisis es reconocer y eliminar las proteínas no ensambladas. Otra de las funciones consiste en desechar las proteínas dañadas o mal plegadas Otra es conferir una corta vida media a ciertas proteínas normales cuya concentración ha de cambiar rápidamente en respuesta a alteraciones del estado de la célula; Muchas de estas proteínas de corta vida son degradadas rápidamente de forma habitual, mientras que otras, especialmente las ciclinas, son estables hasta que son degradadas repentinamente en un determinado momento del ciclo celular.

La mayoría de las proteínas que son degradadas en

el citosol son liberadas a proteosomas, de los que hay muchas copias dispersas por toda la célula. Cada proteosoma consiste en un cilindro central formado por múltiples proteasas distintas, cuyos lugares activos forman una cámara central. Cada extremo del cilindro está "cerrado" por un gran complejo proteico formado por al menos 10 tipos de polipéptidos, algunos de los cuales hidrolizan ATP  Se cree que estos tapones proteicos seleccionan las proteínas que deberán ser destruidas, uniéndose a ellas e introduciéndolas en la cámara del cilindro; allí las proteínas son degradadas hasta cortos péptidos, los cuales son liberados al exterior.

Cada extremo del cilindro está "cerrado" por un

gran complejo proteico algunos de los cuales hidrolizan ATP Se cree que estos tapones proteicos seleccionan las proteínas que deberán ser destruidas, uniéndose a ellas e introduciéndolas en la cámara del cilindro; allí las proteínas son degradadas hasta cortos péptidos, los cuales son liberados al exterior. Los proteosomas actúan sobre proteínas que han sido marcadas específicamente para su destrucción, mediante la adición covalente de ubiquitina

La ubiquitina existe en todas las células,

libre o unida covalentemente a proteínas. La mayoría de las proteínas ubiquitinadas están marcadas para ser degradadas. Diferentes procesos proteolíticos dependientes de ubiquitina utilizan enzimas que conjugan ubiquitina asociadas con subunidades de reconocimiento que las dirigen hacia las proteínas que presentan alguna señal determinada de degradación.

La enzima de conjugación añade ubiquitina a

un residuo de lisina de la proteína diana, y posteriormente añade series de ubiquitinas adicionales, formando una cadena multiubiquitina que es reconocida por un receptor proteico específico del proteosoma.

Las proteínas desnaturalizadas o mal plegadas,

así como las proteínas que contienen aminoácidos oxidados o anormales, son reconocidas y degradadas por el sistema proteolítico dependiente de ubiquitina. Probablemente, las enzimas que conjugan ubiquitina reconocen señales que estas proteínas tienen expuestas al exterior debido a su mal plegamiento o a su alteración química; estas señales son secuencias de aminoácidos o motivos conformacionales que en las proteínas normales se hallan en su interior, es decir, inasequibles.

Un proceso proteolítico que reconozca y destruya

las proteínas anormales ha de poder distinguir entre proteínas completas que tienen conformaciones "incorrectas" y la gran cantidad de polipéptidos que están creciendo sobre los ribosomas y que todavía no han adoptado su conformación plegada normal. Puede demostrarse experimentalmente que éste no es un problema trivial: si se añade puromicina a las células -un inhibidor de la síntesis de las proteínas- las proteínas que se acaban de forma prematura son eliminadas rápidamente mediante un proceso dependiente de ubiquitina.

Una posibilidad es que las proteínas formadas

normalmente estén protegidas temporalmente por la maquinaria de traducción o por moléculas de chaperones. Otra posibilidad sería que las proteínas nacientes y acabadas de sintetizar son de hecho vulnerables a la proteólisis pero se pliegan adoptando su conformación nativa muy rápidamente, antes de poder ser marcadas para su destrucción por proteólisis.

La vida media de una proteína puede ser determinada por enzimas que alteran su extremo N

Hay una estrecha relación, denominada la regla

N-terminal entre la vida media in vivo de una proteína y la identidad de su aminoácido Nterminal. En todos los organismos estudiados, desde bacterias hasta mamíferos, existen distintas versiones de la regla N-terminal. Si el aminoácido final es metionina, serina o alanina, treonina, valina o lisina, la vida media de la proteína es larga (veinte horas o más). Si el aminoácido terminal es isoleucina o glutamato, la vida media es de 30 minutos. Si es glutamina o tirosina, la vida media es aún más efímera (10 minutos). Si es arginina, fenil, alanina, leucina o aspartato, la vida media es deapenas dos minutos.