disulfide-linked Fs
Spanish translation: puente/ enlace disulfuro
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| 20:12 Dec 6, 2003 |
| English to Spanish translations [PRO] Science / medicina/ bioqu�mica | |||||||
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con enlace disulfuro Explanation: 5.3 Estructura terciaria 5.3.1 Estructura terciaria y dominios estructurales Mioglobina; Papaína; Rodanesa; Elastasa; Inmunoglobulinas. 5.3.2 Fuerzas que determinan la estructura terciaria Efecto hidrofóbico;Enlaces de hidrógeno;Enlaces disulfuro; Llamamos Estructura terciaria de una proteína a la disposición espacial de todos sus átomos. De los conceptos estructurales propios de las macromoléculas, el de estructura terciaria es el más cercano a lo que en pequeñas moléculas solemos llamar configuración absoluta. El concepto de estructura terciaria surge al considerar que una cadena polipeptídica, a pesar de ser un polímero lineal, se comporta en solución como una estructura compacta, globular (lo cual puede ser evidenciado a través de mediciones hidrodinámicas, como la viscosidad intrínseca o el coeficiente de difusión). Consideremos el caso de la Mioglobina. Se trata de una proteína de 153 aminoácidos, que posee una gran cantidad de estructura en a-hélice. Pues bien, como podemos ver, las alfa-hélices forman un ovillo dando a la estructura un aspecto compacto, globular. La disposición espacial de todos y cada uno de los átomos: es precisamente la estructura terciaria. Podemos darnos cuenta que la determinación de la estructura terciaria de una proteína supone el conocimiento de todas y cada una de las coordenadas de sus átomos. Esto se lleva a cabo habitualmente mediante la técnica de Cristalografía de rayos X, y en menor medida, por Resonancia Magnética Nuclear. Se conocen hoy día las estructuras tridimensionales de unas 8000 proteínas, cuyas coordenadas se almacenan en el Protein Data Bank (Brookhaven, EE.UU.) o en su sección europea radicada en el Cambridge Crystallographic Data Center (CCDC). La mayor parte de las estructuras macromoleculares que se presentan en esta demostración se han obtenido en dichas bases de datos. Hemos visto anteriormente que las diferentes estructuras secundarias (hélices, láminas y giros) se combinan para dar motivos estructurales o estructuras suprasecundarias. La asociación de varias estructuras suprasecundarias en una única cadena polipeptídica da lugar a la estructura terciaria. Ahora bien, la estructura terciaria suele agruparse en forma de dominios, concepto que vamos a analizar a continuación. La enzima Papaína es una tiol-proteinasa, es decir, una enzima proteolítica cuyo centro activo posee un grupo -SH. Se extrae del látex de la papaya (Carica papaya) y es la responsable de las conocidas propiedades digestivas de dicha fruta. Se emplea ampliamente en la industria de la alimentación. Fijémonos en su estructura. Podemos apreciar dos "ovillos" separados por una zona sin estructura secundaria en particular. Así, el dominio 1, que corresponde a la mitad N-terminal aproximadamente de la molécula: presenta una estructura secundaria de tres alfa-hélices; mientras que el dominio 2 o C-terminal: tiene una estructura secundaria distinta (un meandro b antiparalelo y dos a-hélices). A menudo los dominios corresponden a diferentes funciones dentro de la misma proteína (por ejemplo, regiones catalíticas y regiones regulatorias) y casi siempre corresponden a tramos genéticos codificantes (exones) diferentes. En el caso de la papaína, los dos dominios tienen una estructura diferente. No es ese el caso de la Rodanesa, (Tiosulfato:cianuro sulfotransferasa), enzima del metabolismo del azufre (por cierto, la única que termina con el sufijo "esa" y no "asa" como es lo habitual), en la cual el dominio N-terminal: tiene una estructura muy parecida al dominio C-terminal: siendo en ambos casos una estructura a-b en silla de montar. El caso de la Elastasa, otra enzima proteolítica, es parecido; el dominio N-terminal: presenta una estructura similar al dominio C-terminal: En ambos casos podemos ver una estructuración en lámina b con topología en greca. La estructuración en dominios es característica en las inmunoglobulinas. Éstas constan de dos cadenas ligeras (L) y dos cadenas pesadas (H), unidas mediante disulfuros. La totalidad de una cadena ligera y la mitad aproximadamente N-terminal de la pesada constituyen el fragmento Fab (antigen binding, es decir, fijador de antígeno) mientras que las dos mitades C-terminales de las pesadas constituyen el fragmento Fc (cristalizable); de tal manera que una molécula de inmunoglobulina da lugar a dos fragmentos Fab y un fragmento Fc. Las cadenas pesadas tienen cuatro dominios: VH, CH1, CH2 y CH3 (en orden N-C) mientras que las ligeras tienen dos, VL y CL. La letra V corresponde en ambos casos al dominio n-terminal, y recibe ese nombre debido a que en el mismo está la porción variable específica del anticuerpo; mientras que los dominios C corresponden a las porciones constantes del mismo. Veamos en primer lugar la estructura de una Cadena ligera (L). Podemos apreciar una estructura claramente diferenciada en dos dominios: el dominio N-terminal: que es el dominio variable (VL), en el que radica la especificidad inmunológica (es decir, la capacidad de unirse al antígeno); y el dominio C-terminal: que es el dominio constante (CL), en el que la secuencia, dentro de pequeñas variaciones, es idéntica o parecida en todas las cadenas ligeras de una misma familia. Ambos dominios están unidos por una zona que carece de estructura secundaria (región bisagra o hinge region). Independientemente de su carácter variable o constante, todos los dominios tienen una estructura tridimensional parecida: que consiste en dos láminas b antiparalelas superpuestas. Esta estructura es característica de todas las inmunoglobulinas, apareciendo en los dominios VL y CL de las cadenas ligeras y en los dominios VH, CH1, CH2 y CH3 de las cadenas pesadas. Veamos ahora la estructura del fragmento Fc. Se aprecian las dos mitades C-terminales de ambas cadenas pesadas, que están claramente estructuradas en dominios; el dominio CH2: y el dominio CH3: separados por una zona sin estructura secundaria. La estructura secundaria de los dominios es una doble lámina b antiparalela, motivo estructural que encontramos en todas las inmunoglobulinas. Así, el fragmento Fab tiene una estructura similar a las que ya hemos visto. Aparece en rojo la mitad N-terminal de la cadena pesada (H), y en azul la cadena ligera (L). La estructura secundaria: muestra la misma doble lámina antiparalela característica de los dominios de esta proteína. Los dos dominios N-terminales de ambas cadenas (VL y VH) representan la zona variable, es decir, aquella que se une específicamente al antígeno. Como ejemplo podemos ver un Complejo Antígeno-Anticuerpo. Por una parte, tenemos los dos dominios variables, VL y VH, de las cadenas ligera y pesada, respectivamente: y en esta estructura podemos ver cómo se une el antígeno, que en este caso es un trisacárido: Podemos por último ver la estructura de una Inmunoglobulina G completa, con sus dos cadenas pesadas y sus dos cadenas ligeras. En total presenta doce dominios Ig. -------------------------------------------------------------------------------- 5.3.2 Fuerzas que determinan la estructura terciaria La estructura terciaria de una proteína está mantenida fundamentalmente por interacciones de tipo débil, aunque también participan, como veremos, algunos enlaces covalentes, en particular el enlace disulfuro -S-S- establecido entre cadenas laterales de cisteína. Entre las interacciones débiles, sin duda las más importantes, al menos en proteínas globulares, son las determinadas por el Efecto hidrofóbico, que ya vimos en la introducción, pero que volveremos a discutir aquí. En un entorno acuoso, los residuos hidrofóbicos de una proteína tienden a excluírse del agua, y por lo tanto, se concentran en el interior de la molécula, de la cual queda a su vez excluída el agua. Para ver este efecto veamos la molécula de la enzima Triosa fosfato isomerasa. Si seleccionamos las cadenas laterales hidrofóbicas y las representamos a su radio de van der Waals: podemos apreciar que prácticamente todas ellas están situadas en el interior de la molécula. Nótese que las cadenas laterales polares, que siguen representadas en modelo de barras, están situadas al exterior. Para verlo más claramente, invertiremos la representación de modo que sean las cadenas laterales polares las que aparezcan como modelo espacial manteniendo las hidrofóbicas en modelo de barras: apreciándose que los residuos polares están situados hacia el exterior, en contacto con el solvente. Esto hace que la estructura de una proteína sea asimilable a la de una micela. Las interacciones de van der Waals generadas en el interior a través de este efecto hidrofóbico son una fuerza básica en el mantenimiento de la estructura tridimensional de la proteína. Los enlaces de hidrógeno son asimismo fundamentales en el mantenimiento no sólo de la estructura secundaria, sino también de la terciaria. Podemos apreciarlo en esta misma proteína: representada únicamente como espinazo (backbone) proteico y en colores CPK. Se representan asimismo los enlaces de hidrógeno establecidos en la estructura. En la determinación de la estructura terciaria tienen mucha importancia algunos enlaces covalentes, y en particular el Enlace disulfuro. Tenemos en esta imagen dos tramos consecutivos en a-hélice: unidos por un enlace disulfuro establecido entre las cadenas laterales de dos cisteínas. La presencia de este enlace introduce en la molécula una curvatura sobre el eje principal. Se representan los enlaces de hidrógeno de la estructura secundaria. 5.4 Estructura cuaternaria Hemoglobina; Cuando la proteína consta de varias cadenas polipeptídicas o subunidades, se dice que tiene estructura cuaternaria. También decimos que en ese caso, se trata de una Proteína oligomérica, esto es, un oligómero formado por varios monómeros. En ocasiones los monómeros son exactamente iguales; entonces decimos que la proteína es un homodímero en el caso de dos subunidades, homotrímero de tres, homotetrámero si son cuatro, etc. Otras veces las subunidades son diferentes, en cuyo caso se utiliza el prefijo hetero-; así hablamos de heterodímero, heterotetrámero, etc. Por lo que actualmente se sabe, la estructura cuaternaria es más bien la regla que la excepción, de manera que un gran número de proteínas, sobre todo intracelulares, tienen estructura cuaternaria. Por otra parte, la estructura cuaternaria está a veces íntimamente relacionada con procesos regulatorios; así, formas activas e inactivas de determinadas enzimas se diferencian en su estructura cuaternaria. Hemoglobina Un ejemplo clásico de proteína con estructura cuaternaria es la Hemoglobina. Se trata de una proteína tetramérica cuya función es el transporte de oxígeno. Este transporte está regulado a través de leves modificaciones en su estructura cuaternaria, como veremos. Así, la hemoglobina puede existir en dos estados diferentes, T y R. El estado T corresponde a la desoxihemoglobina, y el estado R a la oxihemoglobina. Esta última está cargada con oxígeno molecular (O2) en la forma que veremos más adelante. Veamos primero la Hemoglobina A1 (forma T, desoxihemoglobina) , que es la forma predominante en el adulto de una familia de proteínas, las hemoglobinas, encargadas del transporte de oxígeno en el hematíe. Se trata de una proteína oligomérica, constituída por cuatro subunidades iguales dos a dos. Dos de estas subunidades son del tipo a, y las otras dos del tipo b. Así, la estructura cuaternaria de la hemoglobina A1 es a2 b2. Cada subunidad tiene un grupo prostético, el hemo, formado por una protoporfirina IX que coordina un ion ferroso (Fe2+). Este ion posee seis orbitales de coordinación. Cuatro están ocupados por los nitrógenos de la porfirina (nitrógenos pirrólicos), el quinto por el nitrógeno de un residuo de histidina de la cadena peptídica, y el sexto está o bien desocupado (en la desoxihemoglobina, estado T) o bien ocupado por una molécula de oxígeno (en la oxihemoglobina, estado R). El conjunto de orbitales de coordinación del ion tiene simetría octaédrica. Veamos a continuación las cuatro subunidades: a-1: con su grupo hemo: b-1: con su grupo hemo: a-2: con su grupo hemo: b-2: con su grupo hemo: El conjunto: consta de las cuatro subunidades que se disponen según los vértices de un tetraedro irregular. A pesar de ser distintas, las subunidades a (141 aminoácidos) y b (146 aminoácidos) son muy parecidas en su secuencia y su estructura tridimensional, entre sí y a una proteína que ya hemos visto, la mioglobina, proteína encargada del almacenamiento de oxígeno en el tejido muscular; por ello, y por la presencia de proteínas parecidas en todos los seres vivos (incluídos los vegetales, leghemoglobina) se piensa que todas ellas descienden de un gen ancestral común. Por otra parte, la hemoglobina A1 es una más de entre varias hemoglobinas normales, que prevalecen en el hematíe en distintos momentos del desarrollo ontogénico; así, hay hemoglobinas embrionarias (Hb Gower 1, Hb Gower 2, Hb Portland), fetales (Hb F), y adultas (Hb A1 y Hb A2). Además de éstas, se conoce una gran cantidad de hemoglobinas mutantes, que dan lugar a trastornos diversos en la función de transporte de oxígeno. La estructura terciaria de cada una de las subunidades es similar, con siete a-hélices (en la cadena a) y ocho (en la b), denominadas A, B, C, D, etc., formando un todo globular: - la subunidad a: Entre las hélices E y F, en un entorno hidrofóbico, se aloja el grupo hemo: En el centro del hemo, coordinado a los cuatro nitrógenos del sistema porfirínico, hay una ion ferroso (Fe2+): que también está coordinado a la histidina 87 de la cadena polipeptídica: En este caso, la sexta posición de coordinación (que sería la opuesta diametralmente a la histidina) está desocupada, porque la molécula que tenemos en pantalla es la desoxihemoglobina, esto es, la hemoglobina desprovista de oxígeno. - la subunidad b: tiene también al grupo hemo alojado entre las hélices E y F: con su ion ferroso: y la histidina 92 en la quinta posición de coordinación: Cuando la sexta posición de coordinación se ocupa con una molécula de oxígeno (O2), da lugar a una forma molecular diferente, la Hemoglobina A1 (forma R, oxihemoglobina) que consta de las mismas cuatro subunidades, aparentemente dispuestas de la misma manera, aunque haya, como veremos, ligeras variaciones que tienen que ver con el estado de oxigenación de la molécula. Así, subunidad a-1: la subunidad b-1: la subunidad a-2: y la subunidad b-2: Veamos más de cerca el entorno del grupo hemo en la subunidad a-1: podemos apreciar cómo están ocupadas las seis posiciones de coordinación del Fe2+: cuatro con los nitrógenos pirrólicos, la quinta con el nitrógeno de la histidina 87, y la sexta, con una molécula de oxígeno (O2). Las formas T (desoxi) y R (oxi) de la hemoglobina presentan ligeras diferencias en su estructura cuaternaria. Esta variación de estructura entre un estado y otro tiene que ver con las peculiaridades del transporte de oxígeno, y explican el comportamiento alostérico de la hemoglobina. Los estados R y T difieren en los enlaces salinos que se forman entre las subunidades. Estos enlaces son más fuertes en la desoxihemoglobina (estado T) que en la oxihemoglobina (estado R). Veamos en primer lugar el Contacto a1- a2 . En la zona de contacto en el estado T: se establecen enlaces salinos entre las cadenas laterales de algunos aminoácidos. Así, la cadena lateral de la arginina 141: establece un enlace salino con el aspartato 126: Veamos ahora esa misma interacción en el estado R (oxihemoglobina): La arginina 141 y el aspartato 126: aparecen más separadas que en el estado T. Otra interacción consiste en que el grupo carboxilo de la arginina 141 (que es el C-término del polipéptido) establece enlaces salinos con el grupo amino de la valina N-terminal en el estado T: y con el grupo amino lateral de la lisina 127: Estas interacciones desaparecen o se atenúan cuando la molécula está en el estado R (oxi). También sufre cambios la zona de contacto b1- b2. La forma desoxi (forma T, arriba) muestra las subunidades más separadas que en la forma oxi (forma R, abajo); lo cual permite que el efector alostérico negativo 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) se pueda alojar entre las dos subunidades en el estado T, pero no en el estado R. Igualmente hay cambios en el contacto a1- b2 , que en la forma T (desoxi, arriba) muestra enlaces salinos entre Arg 92 ( a) y Glu 43 ( b): mientras que en la forma R (oxi, abajo) desaparecen o quedan atenuados: Todos estos cambios en la estructura cuaternaria se desencadenan cuando queda ocupada la sexta posición de coordinación del hierro por un ligando de campo fuerte, como el oxígeno molecular. Así, en el Grupo hemo el ion ferroso está situado de forma diferente en la desoxihemoglobina (forma T, arriba) : que en la oxihemoglobina (forma R, abajo): de tal manera que en la forma T el ion está ligeramente excéntrico respecto al plano de la porfirina, mientras que en la R está perfectamente centrado en la misma. Este ligero cambio de diámetro del ion ferroso es el que provoca todos los cambios observados entre las dos formas R y T de la hemoglobina antes citados. 5.5 Clasificación estructural de proteínas Principalmente a; Principalmente b; a y b; Estructura secundaria escasa. La enorme diversidad de secuencias que presentan las proteínas haría pensar, en principio, que las posibilidades estructurales de las mismas son asimismo enormes. Sin embargo, el rápido progreso en el conocimiento de estructuras tridimensionales nos ha hecho ver que en la estructura de proteínas hay mucha más regularidad que la esperada. De esta forma, hay ya varios intentos de clasificación de proteínas según su estructura tridimensional; según sus autores, más del 90 % de las proteínas actualmente conocidas caben dentro de estas clasificaciones. En Internet disponemos de varias clasificaciones estructurales de proteínas. Entre otras, están SCOP y CATH. La clasificación SCOP (Structural Classification of Proteins) mantenida por los Dres. Alexey G. Murzin, Bartlett G. Ailey, Steven E. Brenner, Tim J.P. Hubbard, and Cyrus Chothia , de la Universidad de Cambridge (MRC Laboratory of Molecular Biology and Centre for Protein Engineering, Hills Road, Cambridge, CB2 2QH, England), muy completa y que suele ser la utilizada por otras bases de datos, como el Protein Data Bank; y La clasificación CATH (Protein Structure Classification) , creada por los Dres. C.A. Orengo, A.D. Michie, . S. Jones, M.B. Swindells, G. Hutchinson, A. Martin, D.T. Jones, y J.M. Thornton, del University College de Londres (Biomolecular Structure and Modelling Unit, University College, London), muy parecida a la anterior en los grandes apartados, pero que por su mayor sencillez se adapta mejor a un entorno docente. En esta presentación seguiremos la sistemática CATH. El objeto de la clasificación CATH (así como en SCOP) es el dominio, es decir, la unidad básica de estructura terciaria en las proteínas. La jerarquía "taxonómica" en esta clasificación es la siguiente: I. Clase (nivel C): Es la jerarquía mayor en la clasificación, y corresponde a una descripción de la estructura secundaria globalmente considerada; así, hay tres clases básicas: (C1) Pricipalmente a; (C2) Principalmente b; (C3) a-b, más otro apartado que engloba a proteínas con poca o ninguna estructura secundaria. II. Arquitectura (nivel A): Describe la forma global de empaquetamiento de las estructuras secundarias dentro del dominio, pero sin ofrecer distinciones en cuanto a conectividad de los distintos elementos. Así, por ejemplo, el barril de la Triosa fosfato isomerasa que hemos visto en módulos anteriores correspondería a una arquitectura específica dentro de la clase a-b. III. Topología (nivel T): En este nivel describimos la conectividad de los distintos elementos dentro de las diversas arquitecturas. No entraremos en este nivel en esta presentación. IV. Superfamilia de homología (nivel H): Aquí entraríamos en consideraciones de homología de estructura primaria; las distintas categorías en este nivel se refieren a grupos de proteínas (superfamilias) con una homología de secuencias tal que remiten a un antepasado filogenético común. Tampoco entraremos en este nivel. Pasamos por lo tanto a enumerar, con ejemplos, las clases y arquitecturas descritas en la clasificación CATH. -------------------------------------------------------------------------------- Clase: Proteínas principalmente a En estas proteínas la estructura secundaria en a-hélice es predominante (Más de un 50 % a y menos de un 5 % b). Se distinguen tres arquitecturas distintas en esta clase: Arquitectura: No fasciculada. Las a-hélices no están dispuestas en haces, sino que se agrupan libremente dentro de una estructura globular. El ejemplo es la Eritrocruorina, una proteína que pertenece a la misma familia que las hemoglobinas y la mioglobina. Arquitectura: Fasciculada. Las a-hélices están dispuestas en haces, de manera que las a-hélices forman entre sí ángulos de 0º o 180º. Tenemos un ejemplo en el Citocromo C', proteína implicada en el transporte electrónico. Arquitectura: Proteínas pequeñas helicoidales. Estas proteínas constan solamente de una o dos hélices. Un ejemplo es la Proteína de cubierta de Inovirus. El inovirus es un virus bacteriano (bacteriófago) filamentoso. -------------------------------------------------------------------------------- Clase: Proteínas principalmente b En esta clase la estructura secundaria fundamental es la beta, agrupada en láminas. Se define con los siguientes valores límite: más del 50 % en b y menos del 5 % en a. Comprende 17 arquitecturas distintas, que pasamos a presentar: Arquitectura: Cinta . Es una clase amplia, que comprende una serie de láminas b, con una forma global elongada. Un ejemplo es el Activador del plasminógeno, proteína implicada en el proceso de fibrinolisis. Arquitectura: Lámina simple. Se trata de proteínas cuya estructura es una simple lámina b, con una pequeña curvatura. Un ejemplo es la Heregulina, factor de crecimiento relacionado con el EGF (factor de crecimiento epidérmico) Arquitectura: Rollo. Se trata de una sola lámina muy curvada, pero que no llega a formar un barril. Tenemos un ejemplo en la Fosfatidil inositol-3-kinasa, enzima implicada en el sistema de transducción de señales de los inositol fosfatos. Arquitectura: Barril. Consta de una lámina b antiparalela formando una estructura cerrada; contiene de 6 a 16 tramos en b. Un ejemplo es la Porina, proteína integral de membrana que forma poros en la misa con un límite de exclusión de 600 Da. Arquitectura: Concha. Es una gran lámina b doblada en forma de concha, con unas pocas a-hélices alrededor. Esta curiosa estructura aparece en la Proteína A portadora de bacterioclorofila, presente en bacterias fotoautotrofas. Arquitectura: Multicapa bb (Bocadillo bb). Dos láminas empaquetadas formando un "bocadillo" de dos capas. Es el motivo típido de los dominios de las inmunoglobulinas. Tenemos un ejemplo en la beta-2-microglobulina, antígeno humano de histocompatibilidad Clase I Aw 68.1 (Hla-Aw 68.1, Antígeno Leucocitario Humano) Arquitectura: Multicapa distorsionada. Dos láminas empaquetadas formando un "bocadillo" de dos capas, como en el caso anterior, pero con mayor desorden y una curvatura significativa. Un ejemplo sería la Proteína Reguladora del Complemento, que participa en la activación de este sistema de defensa. Arquitectura: Trifolio. Tres horquillas b dobladas en torno a su punto medio, que se combinan en parte para formar una estructura de barril b central. Por ejemplo, FGF, Factor de Crecimiento del Fibroblasto, importante factor de crecimiento tisular. Arquitectura: Prisma Ortogonal. 3 láminas paralelas dispuestas como las caras de un prisma trigonal. Los tramos b de cada lámina discurren perpendicularmente al eje del prisma. Un ejemplo es una Aglutinina de Galanthus Nivalis, lectina vegetal capaz de fijar manósidos. Arquitectura: Prisma Alineado. 3 láminas paralelas dispuestas como las caras de un prisma trigonal. Los tramos b de cada lámina discurren paralelamente al eje del prisma. Tenemos un ejemplo en Proteína de membrana vitelina. Arquitectura: Hélice de cuatro aspas. Se trata de cuatro láminas b dispuestas radialmente como las aspas de una hélice. Cada una de las aspas aparece retorcida incluso hasta 90º. Es el caso de la Hemopexina, Proteína plasmática encargada del transporte de porfirinas en la sangre. Arquitectura: Hélice de seis aspas. Se trata de seis láminas b dispuestas radialmente como las aspas de una hélice. Cada una de las aspas aparece retorcida incluso hasta 90º. Es el caso de la Neuraminidasa, Enzima que elimina residuos de ácido siálico a partir de oligosacáridos. Arquitectura: Hélice de siete aspas. Se trata de siete láminas b dispuestas radialmente como las aspas de una hélice. Cada una de las aspas aparece retorcida incluso hasta 90º. Es el caso de la enzima Metilamina deshidrogenasa. Arquitectura: Hélice de ocho aspas. Se trata de ocho láminas b dispuestas radialmente como las aspas de una hélice. Cada una de las aspas aparece retorcida incluso hasta 90º. Es el caso de la enzima Metanol deshidrogenasa. Arquitectura: Solenoide (2). Se trata de dos láminas b planas empaquetadas de manera muy próxima. Se distingue de las estructuras multicapa por su conectividad, dado que la cadena alterna continuamente entre las dos láminas, y de ahí el término solenoide. Recibe a veces también el nombre de hélice b. Un ejemplo es la enzima Proteasa alcalina. Arquitectura: Solenoide (3). Se trata de tres láminas b planas en las que la cadena alterna continuamente entre las tres láminas, dando vueltas en torno al eje principal. Tenemos un ejemplo en la enzima Pectato liasa. Arquitectura: Compleja. En este caso es una estructura predominantemente b, pero de complejidad tal que no puede ser clasificada en ninguna de las categorías anteriores. Es el caso de la Proteinasa ácida. -------------------------------------------------------------------------------- Clase: Proteínas a y b Se trata de proteínas que contienen zonas en a-hélice (entre un 15 % y un 55 %) y zonas en estructura b (entre un 10 % y un 45 %). Dentro de esta clase, otras clasificaciones, como SCOP, hacen distinción entre proteínas a/b, en las que ambas estructuras presentan una conectividad grande, y proteínas a y b, en las que aparecen separadas dentro del mismo dominio las zonas en a y las zonas en b. Veamos a continuación las principales arquitecturas de esta clase. Arquitectura: Rollo. Suele haber una lámina b con cierta curvatura, que a veces rodea a la estructura en a-hélice. Por ejemplo, la enzima Escitalona dehidratasa. Arquitectura: Barril. Una lámina b paralela formando un cilindro central y cuyos tramos están unidos por a-hélices. Es el conocido "barril b" de la triosa fosfato isomerasa (ver Estructura suprasecundaria). Otro ejemplo es la enzima Endo-1,4-beta-D-glucanasa. Arquitectura: Multicapa (2 capas, ba). Si la lámina b es suficientemente plana, podemos describir la estructura como dos capas: una es la lámina b y la otra las a-hélices. Por ejemplo, el inhibidor natural Barstar de la ribonucleasa barnasa. Arquitectura: Multicapa (3 capas, aba). Se trata de tres capas a-b-a. Podemos poner como ejemplo la Gen Regulatory Protein. Arquitectura: Multicapa (3 capas, bba). Estructura multicapa en la que sucesivamente hay una lámina b, otra lámina b y una tercera capa con a-hélices, por este orden. Por ejemplo, la subunidad B de la enzima Carboxi liasa. Arquitectura: Multicapa (4 capas, abba). Como en los casos anteriores, pero con cuatro capas: dos de a-hélices en los extremos y dos láminas b en el centro. Con esta arquitectura tenemos la Desoxirribonucleasa I. Arquitectura: Caja. Se trata de una lámina b extensa, algo curvada, y en cuyos extremos hay dos láminas más pequeñas, dando al conjunto una forma de caja. En el centro de la misma hay varias a-hélices. Es el caso del Antígeno Nuclear de Células Proliferantes. Arquitectura: Herradura. Es una estructura con una lámina b muy ordenada, y curvada como una herradura, con a-hélices flanqueantes dispuestas asimismo de una forma muy ordenada. Por ejemplo, el Inhibidor de ribonucleasa. Arquitectura: Compleja. En este tipo agrupamos aquellas proteínas a-b cuya estructura es demasiado compleja como para entrar en cualquiera de las categorías anteriores. Así, el Citocromo P450CAM. Arquitectura: Péptidos pequeños b. Agrupamos aquí a péptidos pequeños cuya estructura secundaria es principalmente b. Por ejemplo, la subunidad A de la enzima Carboxi liasa. -------------------------------------------------------------------------------- Clase: Proteínas con estructura secundaria escasa Se trata de proteínas con poca o ninguna estructura secundaria. Todas las proteínas de esta clase se agrupan en una sola arquitectura: Arquitectura: Irregular. Tenemos un ejemplo en la subunidad B de la Lectina de guisante 5.1 Introducción Ubicuitina; Citocromo c; Rubredoxina; Concanavalina A; Aspartato transcarbamilasa Las proteínas son moléculas que pueden llegar a tener un enorme grado de complejidad estructural. Pensando en la variedad casi ilimitada de funciones que las proteínas desempeñan, no es de extrañar dicha complejidad estructural. Sin embargo, por lo que ahora sabemos, la estructura de las proteínas presenta una serie de regularidades que facilitan el estudio sistemático de la misma. En esta introducción veremos algunos aspectos generales de la estructura de las proteínas, para pasar a continuación a temas más específicos de la misma. El concepto más sencillo que podemos tener de una proteína es que se trata de un polímero lineal de aminoácidos. Por lineal entendemos que los aminoácidos están unidos a lo largo de una sola línea, con un principio (que convencionalmente asignamos al N-término (ver módulo 4) y un final (que es el C-término). Es decir, la cadena no presenta ramificaciones, y la unión entre aminoácidos se hace mediante enlaces peptídicos establecidos entre el grupo a-carboxilo de un aminoácido con el a-amino del siguiente. Como ejemplo de este concepto sencillo de proteína veremos la estructura de la Ubicuitina, una proteína muy pequeña (53 aminoácidos) implicada en la proteolisis intracelular. Vamos a detenernos brevemente en el análisis de esta estructura. La proteína aparece en representación wireframe (varillas) de manera que se representan únicamente los enlaces interatómicos. Los colores corresponden al código Corey-Pauling-Kultun (colores CPK) que hemos visto en todos los módulos anteriores. Hemos de tener en cuenta que en las representaciones tridimensionales de las proteínas no se representan los átomos de hidrógeno, más que en circunstancias excepcionales. Dada la gran cantidad de átomos de una proteína (aun cuando sea pequeña, como es el caso), esta representación es algo confusa. Trataremos de aclararla. Podemos limitar la visión únicamente a los carbonos a- de los distintos aminoácidos: de manera que la proteína aparece como un cable compuesto de secciones cilíndricas que conectan un carbono a- con el siguiente. Nótese que todos los demás átomos han desaparecido de la representación. Vemos que la estructura global es como un ovillo con dos cabos; de ellos, uno es el N-término y otro el C-término. Para distinguirlos, utilizamos el código de colores Group: En esta representación, el polímero que es la proteína aparece con un código de colores según el cual lo más cercano al N-término aparece coloreado en azul, mientras que el C-término está en rojo, pasando por toda la gama intermedia de colores según sea la proximidad a cualquiera de los dos términos (azul-cian-verde-amarillo-naranja-rojo). Nótese que en la ubicuitina el C-término aparece como una protuberancia algo aparte del resto de la estructura. Veamos ahora los átomos que constituyen el esqueleto o espinazo de la estructura (backbone); para ello volvemos a los colores CPK y representamos como barras los átomos NCCNCCNCC... y los enlaces que constituyen el esqueleto de la proteína: junto con el oxígeno del grupo (-C=O) del enlace peptídico (recuérdese que el hidrógeno del grupo -NH no se representa). A esta estructura básica se añaden las cadenas laterales de los aminoácidos, lo cual haremos dando a éstas la representación wireframe (varillas) para poder distinguirlas del esqueleto proteico básico: mientras que éste sigue realzado. La estructura tridimensional de una proteína no queda determinada al azar. Es decir, las moléculas de ubicuitina tienen siempre exactamente la misma forma a igualdad de condiciones del entorno. La estructura tridimensional se mantiene generalmente gracias a interacciones de tipo débil (efecto hidrofóbico, enlaces de hidrógeno, puentes salinos, etc.) El efecto hidrofóbico tiene una gran importancia en la determinación de la estructura de una proteína. Para verlo, volvemos a la representación inicial de la proteína (varillas): y a continuación seleccionamos los residuos hidrofóbicos: que se han hecho aparecer a su radio de van der Waals (representación espacial, spacefill). Puede apreciarse que todos estos residuos están generalmente dirigidos hacia el interior de la estructura, de la queda excluída el agua. Por el contrario, los residuos polares están concentrados en la superficie de la molécula: en contacto con las moléculas del solvente: que en este caso es agua (de la que sólo se representa el átomo de oxígeno). Podemos equiparar así la estructura de una proteína a la de una micela. Otras interacciones débiles que participan en la determinación de la estructura proteica son los enlaces de hidrógeno. Bien sea entre grupos peptídicos (-CO-, -NH-) del esqueleto como entre grupos donadores y aceptores de las cadenas laterales, en las proteínas se establecen multitud de dichos enlaces. Para verlos, volvemos a la representación del esqueleto proteico: y veremos a continuación los enlaces de hidrógeno establecidos en la estructura: En la determinación de la estructura tridimensional de una proteína participan muchos otros tipos de enlaces, covalentes o no, que estudiaremos más adelante. Como veremos, este concepto inicial de estructura proteica es muy restringido, por las siguientes razones: 1. Proteínas conjugadas En muchas proteínas no toda la estructura es polipeptídica, sino que aparecen grupos moleculares distintos, llamados grupos prostéticos, con funciones muy bien definidas. Las proteínas con grupos prostéticos reciben el nombre de Proteínas conjugadas, a diferencia de las Proteínas simples, cuya estructura es enteramente polipeptídica. Para ilustrar este concepto, veremos otra proteína de pequeño tamaño, que a diferencia de la anterior, posee un grupo prostético. Se trata del Citocromo c. El citocromo c es una proteína pequeña (104 aminoácidos el aquí representado), que funciona como transportador electrónico mitocondrial entre los complejos respiratorios III y IV. Podemos ver que se trata de una proteína monomérica, con un solo polipéptido: ; unido a esta estructura hay un grupo prostético constituído por un hemo C, es decir, una protoporfirina IX con un ion de hierro coordinado: El grupo prostético porfirínico está unido a la proteína covalentemente, a través de dos cisteínas: Esta representación puede parecer bastante compleja. En primer lugar, el grupo prostético y las cisteínas aparecen en modelo de bolas y barras; el esqueleto proteico, como barras; y las cadenas laterales, como varillas. Mediante el puntero podemos girar la imagen para obtener una visión más clara. La complejidad de una proteína, por simple que sea (como lo es el citocromo c) puede ser apreciada cuando la vemos en modelo espacial (que es una buena aproximación a la forma real de la molécula): El grupo prostético (representado en color morado) aparece inmerso en el interior de la estructura, en un entorno hidrofóbico: 2. Átomos metálicos Es también muy frecuente la asociación de proteínas con átomos o iones metálicos, a través de enlaces de coordinación. Para ilustrarlo vamos a ver una tercera proteína, también muy pequeña, como las dos anteriores, que es la Rubredoxina. Se trata también de una proteína de transporte electrónico, perteneciente a las ferredoxinas (ferrosulfoproteínas, proteínas NHI). En ella podemos ver un ion de hierro tetracoordinado a otras tantas cisteínas: Como en el caso anterior, el hierro y las cisteínas se representan en modelos de bolas y barras, mientras que el esqueleto de la proteína aparece realzado como barras y las cadenas laterales como varillas. 3. Proteínas oligoméricas Las proteínas que hemos visto hasta ahora (ubicuitina, citocromo c y rubredoxina) constan de una sola cadena polipeptídica (proteínas monoméricas). Sin embargo, una gran cantidad de proteínas posee más de una cadena polipeptídica, lo cual es más bien la regla que la excepción; se trata de proteínas oligoméricas, compuestas por varias subunidades, a veces iguales entre sí y otras veces diferentes. De estas proteínas oligoméricas decimos que presentan estructura cuaternaria (v. más adelante). El ejemplo que vamos a ver en esta introducción es la Concanavalina A. La concanavalina A es una lectina, proteínas generalmente de origen vegetal capaces de fijar específicamente mono- u oligosacáridos de receptores celulares de superficie, desencadenando en la célula determinadas acciones; en este caso, la concanavalina A induce la proliferación de los linfocitos T al fijarse a determinado receptor celular que contiene un manopiranósido. La concanavalina A es una proteína compuesta por cuatro subunidades idénticas (es por lo tanto una proteína tetramérica, que aparecerán cada una con un color distinto. La subunidad A: La subunidad B: La subunidad C: y la subunidad D: Las cuatro subunidades son idénticas y se disponen según los vértices de un tetraedro. Esta proteína ya tiene un grado de complejidad mayor que las vistas hasta ahora. Cada subunidad en este caso es un polipéptido de 237 aminoácidos; la proteína completa (holoproteína) tendrá, pues, 948 aminoácidos. Vamos a ver únicamente la subunidad A: y la centramos en pantalla: Se trata de un polipéptido bastante más grande que las proteínas vistas anteriormente: que representamos con el esqueleto proteico en barras y las cadenas laterales en varillas: La concanavalina A presenta también en su estructura átomos o iones metálicos; un ion Mn++: y un ion Ca++: La función de todas las proteínas deriva, en general, de su capacidad para fijar ligandos específicos. La concanavalina A no es una excepción. Como vimos antes, las lectinas son capaces de fijar residuos glucídicos específicos; la concanavalina A fija manósidos. Podemos ver en la siguiente imagen el lugar específico de fijación del ligando, alfa-metil manopiranósido: que aparece coloreado en morado. Otro ejemplo de proteína oligomérica, con un grado de complejidad bastante mayor que la concanavalina A es la Aspartato transcarbamilasa. Se trata de una enzima regulatoria, de comportamiento alostérico, que cataliza el paso clave de la síntesis de pirimidinas. Podemos ver que la molécula es un dodecámero: constituído por dos tipos de subunidades: seis de tipo catalítico (C) y seis de tipo regulatorio (R). Para observarla mejor, seleccionaremos su Unidad asimétrica, constiuída por una subunidad C: de 310 aminoácidos y dos subunidades R: formadas por 153 aminoácidos cada una. La molécula completa se obtiene mediante operaciones de simetría sobre esta estructura básica. La proteína aparece fijada a un análogo de su substrato fisiológico, la fosfonoacetamida: y podemos ver asimismo los aminoácidos implicados en esta fijación: que constituyen el sitio del substrato carbamilfosfato. Una vez sintetizada la proteína en la célula, su estructura química puede variar en muchos sentidos merced a las llamadas Modificaciones postraduccionales, que consisten no sólo en la modificación de determinados aminoácidos, sino en la unión covalente de la proteína a oligosacáridos, ácidos grasos, cadenas poliprenoides, etc. Por último, el elevado grado de polimerización de las proteínas hace que los conceptos estructurales que se utilizan en la química estructural de compuestos de bajo peso molecular no resultan útiles en la descripción sistemática de la estructura de proteínas. En su lugar, se definen para éstas Niveles estructurales; así, hablamos de estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria, que pasaremos a definir a continuación. Terminología Aminoacil-tARN sintetasas: enzimas que catalizan el enlace covalente de los tARN específicos (véase la Figura 5.19). Aminoacil-tARN: las moléculas de tARN transportan aminoácidos a los ribosomas para que se incorporen a las cadenas polipeptídicas en la traducción. Los tARN unidos a los aminoácidos se denominan aminoacil-tARN (véase la Figura 5.19). Bucle del anticodón: bucle que se encuentra en un extremo de una molécula de tARN complementaria al codón de un mARN. Debido a que los aminoácidos se colocan en los tARN (para formar un aminoacil-tARN), de acuerdo con la secuencia del bucle del anticodón, el apareamiento del anticodón de los aminoacil-tARN con el codón de los mARN proporciona un mecanismo para que se incorpore un aminoácido específico a la cadena polipeptídica en crecimiento en la traducción (véase la Figura 5.20). Centro asimétrico: (centro de quiralidad) en lo que respecta a los compuestos orgánicos, un átomo de carbono que tiene cuatro sustituyentes distintos fijados a él. Un grupo como éste no puede superponerse a su propia imagen especular y puede existir, por tanto, en dos enantiómeros (véase la Figura 5.5). Cistina: el aminoácido cisteína forma con frecuencia enlaces disulfuros con otras cisteínas. La forma de disulfuro resultante de la cisteína se denomina cistina. Código genético: código mediante el cual una secuencia de nucleótidos de una molécula de ADN o ARN especifica la secuencia de aminoácidos de un polipéptido. Formado por codones de tres nucleótidos que especifican un determinado aminoácido o indican al ribosoma que detenga la traducción y libere el polipéptido. Con unas pocas excepciones, de importancia menor, todos los seres vivos utilizan el mismo código (véase la Figura 5.16). Dipéptido: molécula que contiene dos aminoácidos unidos por un enlace peptídico (véase la Figura 5.8). Enantiómeros: (también denominados isómeros ópticos) estereoisómeros que no son imágenes especulares superponibles entre sí. La denominación de isómeros ópticos procede del hecho de que los enantiómeros de un compuesto desvían la luz polarizada en direcciones contrarias (véase la Figura 5.5). Enlace disulfuro: enlace covalente directo entre átomos de azufre. El aminoácido cisteína suele formar enlaces disulfuros con otras cisteínas. La forma de disulfuro resultante de la cisteína se denomina cistina (véase la Figura 5.15). Enlace peptídico: enlace que liga sucesivos aminoácidos para formar un péptido. Consiste en un enlace de amida entre el grupo α-carboxilo de un aminoácido y el grupo α-amino del siguiente (véase la Figura 5.21). Enzimas: proteínas catalizadoras de las reacciones químicas. Estereoisómeros: moléculas que contienen un centro de asimetría y que pueden existir en formas isoméricas tridimensionales distintas (véase la Figura 5.5). Estructura primaria de una proteína: secuencia de aminoácidos en una proteína. Isómeros ópticos: véase enantiómeros. Oligopéptido: un oligonucleótido es una cadena de varios aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Péptido: moléculas que contienen enlaces peptídicos. Polianfólitos: moléculas que contienen múltiples grupos ácidos y básicos. Polipéptido: un polipéptido es una cadena de muchos aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Proteasas: (también denominadas enzimas proteolíticas) encimas que rompen los enlaces peptídicos de un polipéptido. Muchas presentan especificidad para una determinada secuencia de aminoácidos. Proteínas: se puede pensar que las proteínas son cadenas polipeptídicas maduras. Las proteínas, al igual que los polipéptidos, son una cadena de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, pero difieren de los polipéptidos en que están plegadas en la configuración tridimensional apropiada y/o en que están modificadas. Las proteínas pueden tener una o más cadenas polipeptídicas (véase la Figura 5.20). Quiral: respecto a una molécula u otro objeto, la propiedad de no ser superponible a su imagen especular. Un átomo que hace a una molécula quiral, como un carbono con cuatro sustituyentes diferentes, se denomina átomo quiral o centro de quiralidad (véase la Figura 5.5). Secuencia líder: para una proteína, una secuencia hidrófoba corta N-terminal que provoca una translocación de la proteína en una membrana celular o a través de ella (véase la Figura 5.21). Tetrapéptido: cadena de cuatro aminoácidos unidos por enlaces peptídicos (véase la Figura 5.9). Traducción: síntesis de un polipéptido dirigida por un mARN, de manera que la secuencia de nucleótidos del mARN se “traduce” en una secuencia de aminoácidos de la proteína (véase la Figura 5.20). Zwitterion: molécula con el mismo número de cargas positivas y negativas, por lo que la carga neta es igual a cero (véase la Figura 5.2). α-aminoácido: ácido orgánico que contiene un grupo amino en el carbono inmediatamente adyacente al grupo carboxilo (véase la Figura 5.3). Los α-aminoácidos son las bases de las proteínas. Lipoproteína (a): estructura, metabolismo, genética y mecanismos patogénicos Dr. Lázaro E. Alba Zayas, Dra. Giovanna Pereira Roca y Dr. Arístides Aguilar Betancourt Resumen Se establecieron las características más sobresalientes de la lipoproteína (a), así como los mecanismos patogénicos de esta partícula lipoproteínica relacionados con la aterotrombogénesis. La lipoproteína (a) [Lp (a)], descubierta por Kare Berg en 1963, posee una composición similar a la de la lipoproteína de baja densidad (LDL). En su estructura también presenta a la apolipoproteína (a) [apo (a)], la cual está unida a la apo B100 mediante un enlace disulfuro. El aspecto más interesante de la biología de la Lp (a) lo constituye, sin dudas, la sorprendente homología estructural que existe entre el plasminógeno y la apo (a); esta apolipoproteína, además, es la responsable de las propiedades metabólicas y bioquímicas de la lipoproteína (a). Por su estructura peculiar y la correlación existente entre los niveles elevados de la Lp (a) y el desarrollo de complicaciones aterotrombóticas, esta lipoproteína se ha convertido en el objeto de numerosas investigaciones. DeCS: LIPOPROTEINA (a)/ metabolismo; LIPOPROTEINA (a)/ genética; LIPOPROTEINA (a)/ ultraestructura; POLIMORFISMO (GENETICA); APO LIPOPROTEINAS (a); ATEROSCLEROSIS; FACTORES DE RIESGO. La aterosclerosis constituye la base patomorfológica, patofisiológica y patobioquímica de la enfermedad arterial coronaria y de las enfermedades cerebrovasculares,1 las cuales ocupan la primera y tercera causas de muerte en Cuba.2 La lipoproteína (a) [Lp (a)], descubierta por Kare Berg3 en 1963, es considerada un factor de riesgo aterogénico.4 En su estructura se destaca la apolipoproteína (a) [apo (a)], la cual es responsable de las propiedades metabólicas y bioquímicas de esta partícula lipoproteínica. Por su estructura peculiar y la correlación que existe entre los niveles elevados de Lp (a) y el desarrollo de complicaciones aterotrombóticas, la lipoproteína (a) se ha convertido en el objeto de un intenso programa investigativo. Es propósito de los autores de esta revisión presentar en este trabajo las características más sobresalientes de la Lp (a), así como los mecanismos patogénicos de esta lipoproteína relacionados con la aterotrombogénesis. Estructura de la lipoproteína (a) La Lp (a) es una lipoproteína esférica, rica en ésteres de colesterol y fosfolípidos, que se asemeja en su composición a la LDL. También contiene una glicoproteína específica, la apolipoproteína (a), que está unida a la apo B100 por un puente disulfuro.5-8 (fig. 1). Fig.1. Estructura de la lipoproteína (a). Tomado de Utermann G. The misteries oflipoprotein (a). Science 1989;246:904-10. La apo (a) presenta características estructurales distintivas. Su composición de aminoácidos es notablemente diferente a la de la apo B100. El aspartato, la leucina, la isoleucina, la fenilalanina y la lisina están disminuidos, mientras que la prolina, la treonina, la arginina y la glicina están elevados. El alto contenido de prolina, serina y treonina en la apo (a) sugiere la aparición frecuente del giro b. Además, la serina y la treonina proporcionan abundantes sitios de glicosilación.8,9 Mientras que en la apo B100 los carbohidratos representan 5 a 10 % del peso de la proteína, en la apo (a) pueden alcanzar casi 40 %. De este porcentaje, 26 % es de galactosa, 9 % de manosa, 16 % de galactosamina, 12 % de glucosamina y 37 % de ácido siálico.9 La alta proporción de carbohidratos y de prolina en la apo (a) provoca que esta apolipoproteína adopte una estructura menos ordenada que la propuesta para la apo B100.10 En cuanto a la estructura secundaria, la apo (a) contiene 8 % de hélice a, 21 % de hoja b y 71 % de enrollamiento azaroso,9 a diferencia de la apo B100 que posee 40, 30 y 30 % de estas estructuras, respectivamente.10 Una de las características más llamativas de la apo (a) es su sorprendente homología estructural con el plasminógeno, 80 % aproximadamente. Este último está formado por un dominio globular con actividad de serina proteasa y un proceso digitiforme en el cual la cadena polipeptídica forma 5 estructuras constituidas por asas internas que son ricas en cisteína, cada una con 3 puentes disulfuro. Estas estructuras son conocidas como kringles, por su semejanza con un pastel danés de igual nombre, que se parece a una rosquilla. En el plasminógeno estos dominios de unión a la lisina son enumerados del 1 al 56,11 (fig. 2). Otras proteínas de la coagulación y la fibrinólisis poseen estructuras similares, por ejemplo, la protrombina, el factor XII, el activador hístico del plasminógeno (t-PA) y la uroquinasa.5,6 Fig. 2. Homología estructural entre el plasminógeno y la lipoproteína (a). Tomado de Grinstead GF. Lipoprotein (a). Review and update.The fatof life 1990;4(7):2-8. Por su parte, la apo (a) conserva en su estructura el dominio de serina proteasa, que está seguido por un dominio kringle 5 y múltiples copias de kringle 4 (de 12 a 51) (fig. 2). La localización de los 6 residuos de cisteína en cada uno de estos dominios está conservada, lo cual significa que la estructura de 3 asas internas se mantiene. También se sabe que el penúltimo dominio kringle 4 del extremo amino terminal tiene un residuo adicional de cisteína, el cual forma una unión covalente con una cisteína del extremo carboxilo terminal de la apo B100.5,6,11 La presencia de un enlace disulfuro cerca del sitio de unión con el receptor de la LDL en esta apoproteína podría explicar la baja afinidad de la Lp (a) por este receptor.6,7 En la apo (a) se distinguen 10 tipos de dominios semejantes al kringle 4 del plasminógeno, enumerados desde T1 hasta T10. El primero y los 8 últimos están altamente conservados entre las distintas isoformas, mientras que el segundo de estos módulos representa el kringle 4 principal de la apo (a), T2, el cual está presente en un número variable de copias idénticas. En los kringles 4, desde T5 hasta T9, se han identificado sitios funcionales de unión a la lisina; sin embargo, en los tipos 1 y 2 no se han encontrado. El módulo T10 es el que más se asemeja al kringle 4 del plasminógeno, pues contiene todos los aminoácidos considerados críticos para la unión a los residuos de lisina, ubicados en la fibrina y en los receptores de células mononucleares y endoteliales.11-13 Asimismo, el T7 muestra afinidad por las superficies celulares y es requerido en la formación de la Lp (a). Además, el T8 manifiesta gran afinidad por la matriz extracelular subendotelial.12 Propiedades fisicoquímicas de la Lp (a) El diámetro aparente y el peso molecular de la lipoproteína (a) han sido determinados por medio de diferentes técnicas, las cuales indican que los valores de estas variables fluctúan entre 210 y 262 Å y 4,66 y 5,6 x 106, respectivamente.5-7 Por su parte, el rango de densidades hidratadas de la Lp (a) oscila entre 1,05 y 1,082 g/mL. Esta variación es atribuible al contenido diferente de apo (a), la cual posee grandes cantidades de carbohidratos.10 La Lp (a), al igual que la VLDL, exhibe una movilidad electroforética pre-b en gel de agarosa. La migración más rápida de la lipoproteína (a) con respecto a la LDL puede deberse a la presencia de la apo (a), cuyo alto contenido de ácido siálico incrementa significativamente la carga de la partícula, aumentando, por lo tanto, su migración anódica.5,6,10 Una de las propiedades físicas distintivas de la Lp (a) es su gran tendencia a la agregación, especialmente a altas concentraciones (mayor que 5 a 10 mg/mL). Se ha sugerido que esta agregación puede ser el resultado de la actividad estereolítica/proteolítica que presenta la lipoproteína después del proceso de purificación.10 La unión a cationes divalentes es otra de las propiedades que posee la Lp (a), de la cual es responsable también el elevado contenido de carbohidratos de la apolipoproteína (a). Este efecto puede deberse a la capacidad del ácido siálico de interactuar con estos iones, especialmente el calcio.8,10 Metabolismo de la lipoproteína (a) Poco se conoce, en comparación con otras lipoproteínas, acerca del origen metabólico de la Lp (a). La investigación en esta área se ha hecho difícil por el hecho de que los animales de experimentación más comunes no expresan la Lp (a) o no producen una lipoproteína cualitativamente similar. Síntesis de la Lp (a) Son varias las evidencias que apuntan hacia el hepatocito como sitio primario de síntesis de esta partícula lipoproteínica. El ARNm de la apo (a) ha sido detectado en grandes cantidades en células Hep G2 y en el hígado humano, órgano en el que también se sintetiza la apo B100.7,11 El cambio de fenotipo de la apo (a), después de un trasplante heterólogo de hígado, constituye otra razón sugestiva del origen hepático de la lipoproteína (a). Asimismo, en los pacientes que padecen de cirrosis alcohólica los niveles plasmáticos de Lp (a) son bajos.14 El ARNm de la apo (a) ha sido identificado también en testículos y cerebro de monos rhesus, lo cual sugiere que la apolipoproteína (a) tiene una función única en estos sitios, sobre todo si se toma en consideración que estos órganos están relativamente aislados de la circulación sistémica por barreras histológicas, además de la ausencia de síntesis de apo B100 en estos tejidos.5 A favor del origen intestinal de la Lp (a) están los resultados obtenidos por Bersot,15 quien encontró que una dieta abundante en grasas provocaba la aparición de apo (a) en lipoproteínas de densidad menor que 1,006 g/mL, al parecer remanentes de quilomicrones. Esto sugiere que esta apolipoproteína puede ser incorporada a partículas lipoproteínicas ricas en triglicéridos. La opinión predominante sostiene que, aun en estas lipoproteínas, la mayor parte, pero no toda la apo (a), está unida covalentemente a la apo B100. Otros investigadores estiman que la asociación de la apo (a) con lipoproteínas ricas en triglicéridos involucra a las uniones no covalentes, que pueden establecerse entre los dominios abundantes en lisina de la apo B100 y las regiones kringles de la apo (a).5 A pesar del hallazgo de la apo (a) en lipoproteínas ricas en triglicéridos, los experimentos de Krempler16 descartan que la Lp (a) sea un producto metabólico de la lipoproteína de muy baja densidad, pues aquella no participa en la cascada catabólica clásica VLDL ® IDL ® LDL. También se ha desechado la posibilidad de que los quilomicrones sean precursores de la Lp (a). La demostración de que el hígado es el sitio principal de síntesis de la apo (a) no revela, desafortunadamente, dónde se ensambla la Lp (a). La LDL y la apo (a) pueden ser secretadas independientemente y el ensamblaje ocurrir fuera de las células hepáticas.7 Los trabajos de Koschinsky y otros17 apoyan esta hipótesis, la cual podría explicar por qué solo una fracción de la LDL se une a la apo (a). Un sitio alternativo para el ensamblaje de la Lp (a) sería el hepatocito. El requerimiento de la formación de un enlace disulfuro entre la apo (a) y la apo B100 es un fuerte argumento a favor del ensamblaje intracelular de la lipoproteína (a) y sugiere que la unión podría ser catalizada por tiolasas específicas localizadas en el lumen del retículo endoplasmático liso.7 Se ha propuesto un modelo de ensamblaje de la Lp (a), el cual consta de 2 pasos. Inicialmente, la apo (a) se une a la LDL mediante la interacción de un dominio kringle 4 con un residuo de lisina de la apo B100 y luego se produce la formación del puente disulfuro.18 Catabolismo de la Lp (a) El catabolismo de la Lp (a) resulta aún más misterioso. Tanto el sitio como el mecanismo de degradación no están definidos. Estudios in vitro indican que la Lp (a) puede unirse al receptor de LDL, aunque con menor afinidad que la lipoproteína de baja densidad. La Kd estimada para la Lp (a) es 9,5 nM, mientras que el valor de esta constante para la LDL es 7,8 nM.19 Sin embargo, otros autores consideran que la lipoproteína (a) es incorporada preferentemente mediante la vía del receptor scavenger.5,6 Una investigación realizada por Haberland y otros20 mostró que la modificación de la Lp (a) por el malonildialdehído incrementaba 60 veces la incorporación y degradación de esta partícula con respecto a la lipoproteína nativa. Genética de la Lp (a) Inicialmente se consideraba que la Lp (a) solo estaba presente en una parte de la población. En aquel entonces, Berg supuso que la lipoproteína (a) se heredaba como un rasgo mendeliano dominante, bajo el control de 2 alelos, Lpa y Lp0. En la medida en que los métodos para determinar Lp (a) fueron más sensibles, se encontró que la distribución de los valores de esta lipoproteína era continua y quedó claro que la Lp (a) era un rasgo cuantitativo.5-7 Diversas teorías han sido enunciadas tratando de explicar la herencia de este rasgo. La mayoría de los grupos de investigación concuerdan en que los valores de esta lipoproteína son controlados por un solo gen, aunque se han propuesto modelos poligénicos. El descubrimiento del polimorfismo genético, en cuanto a tamaño, de la apo (a) brindó una nueva percepción de la genética de este rasgo cuantitativo. El peso molecular de la apo (a) varía entre 300 000 y 800 000. Se ha establecido que esta variación se debe en gran parte a la existencia de una serie de isoformas con pesos moleculares diferentes. El peso de las isoformas de apo (a) depende del número de dominios kringle 4 que contengan y del grado de glicosilación de la proteína.5-7,21 Se conocen al menos 6 isoformas de apo (a), las cuales han sido identificadas mediante western blot. Estas isoformas fueron clasificadas de acuerdo con su movilidad electroforética con respecto a la de la apo B100 y se denominan: B, cuando su migración es similar a la de la apoproteína de la LDL; F (del inglés faster), si tiene una movilidad más rápida y S (S1, S2, S3 y S4) (del inglés slower), cuando la velocidad de migración es progresivamente menor.5-7 Según Utermann, un individuo puede tener 1 ó 2 isoformas de apo (a). Su hipótesis sostiene, además, que las personas que manifiestan una sola isoforma de esta apolipoproteína son homocigóticos y las que poseen 2, heterocigóticos para el polimorfismo de la apo (a). Esta hipótesis también sugiere que este fenómeno se debe a la existencia de 2 alelos que operan en la misma región cromosómica.7,22,23 Aquellos individuos en los que no se identifica isoforma alguna de la apolipoproteína (a) se denominan homocigóticos para el alelo nulo. Muchos homocigóticos para isoformas identificables podrían tener 2, aunque una de ellas no sea detectable por los métodos actuales. Si este fuera el caso, esas personas serían heterocigóticas para el alelo nulo. La elucidación de este problema parece ser simple. Este alelo no es realmente un alelo nulo, o sea, codifica una proteína que es sintetizada en pequeñas cantidades. Por lo tanto, la definición de alelo nulo en el sistema de la Lp (a) es operacional y depende, al menos en cierta medida, de la sensibilidad del western blot.6,7 El gen que codifica la apolipoproteína (a) es considerado uno de los genes más polimórficos de la especie humana. Está localizado en la región cromosómica 6q 26-27, cercano al del plasminógeno.5-8,23 Este gen, en virtud de las estructuras kringles y de la preservación del dominio de serina proteasa, se asemeja a los de las enzimas proteolíticas de los sistemas fibrinolítico y de la coagulación. Es probable, entonces, que el gen de la apo (a) haya evolucionado a partir del gen del plasminógeno o de un gen similar por deleción de los 3 primeros kringles y duplicaciones de la secuencia que codifica el kringle 4.6 El número de estas repeticiones varía entre individuos y se relaciona directamente con el tamaño de la isoforma de apo (a).7,24 Isoformas de apo(a) y concentración de Lp (a) Las isoformas de apo (a) tienen un efecto significativo sobre la concentración de la lipoproteína (a). En caucásicos y asiáticos, el gen de la apo (a) ha sido reconocido como el factor principal que determina las cifras de Lp (a). En estas poblaciones se ha encontrado una relación inversa entre el peso de la apo (a) y la concentración de la lipoproteína. Las isoformas B, S1 y S2 se asocian con niveles elevados de Lp (a), mientras que con los fenotipos S3, S4 y nulo ocurre lo contrario.21,22,25 El mecanismo por el cual el fenotipo de apo (a) puede regular los niveles de Lp (a) resulta especulativo. Pero una explicación plausible sería que las isoformas de mayor peso molecular son sintetizadas lentamente o secretadas con menor facilidad por el hígado; estas isoformas están sometidas a una mayor degradación.5 En individuos caucásicos y asiáticos también se ha encontrado una correlación negativa entre el número de repeticiones de la secuencia TTTTA en la región reguladora del gen de la apo (a) y los valores de la lipoproteína (a).24 Mecanismos patogénicos de la Lp (a) Los mecanismos propuestos que tratan de explicar el papel de la lipoproteína (a) en la aterotrombogénesis están relacionados con la formación de las células espumosas y el efecto de esta lipoproteína sobre el sistema fibrinolítico. Efecto aterogénico de la Lp (a) El hallazgo inmunohistoquímico de la Lp (a) en lesiones ateromatosas indica que esta lipoproteína puede quedar retenida en la subíntima arterial. Se sabe que la lipoproteína (a) se une fuertemente a la fibronectina, la cual está presente en las lesiones ateroscleróticas iniciales. El complejo resultante de esta unión se interna mediante la vía del receptor de fibronectina, una glicoproteína heterodimérica perteneciente a la familia de las integrinas. La interacción se establece entre Reference: http://www3.usual.es/~dbbm/modmol/modmol05/mm05t04.htm Reference: http://www.icfes.gov.co/revistas/recolqui/992801/03quimi.htm |
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enlace/puente Explanation: Lo de puente recuerda el tipo de enlace (que puede unir incluso grandes moléculas) A-S-S-B. "Ligando": Es un término más puramente químico, que hace referencia a elementos o grupos coordinados con un metal central (química de complejos). En bioquímica, puede hacer referencia a aquello que se une a una proteína (para su transporte, por ejemplo). Suerte |
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