Estructura terciaria de las proteínas

A protein folded into its native state or native conformation typically has a lower Gibbs free energy (a combination of enthalpy and entropy) than the unfolded conformation. A protein will tend towards low-energy conformations, which will determine the protein's fold in the cellular environment. Because many similar conformations will have similar energies, protein structures are dynamic, fluctuating between these similar structures.

Globular proteins have a core of hydrophobic amino acid residues and a surface region of water-exposed, charged, hydrophilic residues. This arrangement may stabilize interactions within the tertiary structure. For example, in secreted proteins, which are not bathed in cytoplasm, disulfide bonds between cysteine residues help to maintain the tertiary structure. There is a commonality of stable tertiary structures seen in proteins of diverse function and diverse evolution. For example, the TIM barrel, named for the enzyme triosephosphateisomerase, is a common tertiary structure as is the highly stable, dimeric, coiled coil structure. Hence, proteins may be classified by the structures they hold. Databases of proteins which use such a classification include SCOP and CATH.

Folding kinetics may trap a protein in a high-energy conformation, i.e. a high-energy intermediate conformation blocks access to the lowest-energy conformation. The high-energy conformation may contribute to the function of the protein. For example, the influenzahemagglutinin protein is a single polypeptide chain which when activated, is proteolytically cleaved to form two polypeptide chains. The two chains are held in a high-energy conformation. When the local pH drops, the protein undergoes an energetically favorable conformational rearrangement that enables it to penetrate the host cell membrane.

Some tertiary protein structures may exist in long-lived states that are not the expected most stable state. For example, many serpins (serine protease inhibitors) show this metastability. They undergo a conformational change when a loop of the protein is cut by a protease.^[6][7][8]

Se suele asumir que el estado nativo de una proteína es también el termodinámicamente más estable y que, dada su cinética química , alcanzará dicho estado antes de ser traducida . Las chaperonas proteicas presentes en el citoplasma celular ayudan a los polipéptidos recién sintetizados a alcanzar su estado nativo. Algunas proteínas chaperonas son altamente específicas en su función, como la proteína disulfuro isomerasa ; otras son de función general y pueden ayudar a la mayoría de las proteínas globulares, como el sistema procariota GroEL / GroES y las proteínas de choque térmico eucariotas homólogas (el sistema Hsp60/Hsp10).

La predicción de la estructura terciaria de las proteínas se basa en conocer su estructura primaria y comparar la posible estructura terciaria predicha con las estructuras terciarias conocidas en las bases de datos de proteínas . Esto solo tiene en cuenta el entorno citoplasmático presente durante la síntesis proteica en la medida en que un entorno citoplasmático similar también haya influido en la estructura de las proteínas registradas en la base de datos.

La estructura de una proteína, como una enzima , puede cambiar al unirse a sus ligandos naturales, por ejemplo, un cofactor . En este caso, la estructura de la proteína unida al ligando se conoce como estructura holo, mientras que la proteína no unida tiene una estructura apo. ^{[ 9 ]}

Estructura estabilizada por la formación de enlaces débiles entre las cadenas laterales de aminoácidos - Determinada por el plegamiento de la cadena polipeptídica sobre sí misma (los residuos no polares se encuentran dentro de la proteína, mientras que los residuos polares se encuentran principalmente fuera) - El envolvimiento de la proteína acerca la proteína y relaciona a ubicada en regiones distantes de la secuencia - La adquisición de la estructura terciaria conduce a la formación de cavidades y sitios adecuados para el reconocimiento y la unión de moléculas específicas (bioespecificidad).

La cristalografía de rayos X es la herramienta más común para determinar la estructura de las proteínas . Proporciona una alta resolución de la estructura, pero no ofrece información sobre la flexibilidad conformacional de la proteína .

La espectroscopia de RMN de proteínas ofrece una resolución relativamente baja de la estructura proteica. Se limita a proteínas pequeñas. Sin embargo, puede proporcionar información sobre los cambios conformacionales de una proteína en solución.

La microscopía electrónica criogénica (crio-EM) puede proporcionar información sobre la estructura terciaria y cuaternaria de una proteína. Es especialmente adecuada para proteínas grandes y complejos simétricos de subunidades proteicas .

La interferometría de polarización dual proporciona información complementaria sobre las proteínas capturadas en la superficie. Ayuda a determinar los cambios estructurales y conformacionales a lo largo del tiempo.

El proyecto Folding@home de la Universidad de Pensilvania es una iniciativa de investigación en computación distribuida que utiliza aproximadamente 5 petaFLOPS (≈10 x86 petaFLOPS) de capacidad de cómputo disponible. Su objetivo es encontrar un algoritmo que prediga de forma consistente las estructuras terciaria y cuaternaria de las proteínas a partir de su secuencia de aminoácidos y sus condiciones celulares. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Puede encontrar una lista de software para la predicción de la estructura terciaria de proteínas en la página "Lista de software para la predicción de la estructura de proteínas" .