Están constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas de manera estructural.
Las proteínas globulares o esferoproteínas son proteínas esféricas («tipo globo») y son uno de los tipos de proteínas comunes (las otras son proteínas fibrosas, desordenadas y de membrana).
Las proteínas globulares son algo solubles en agua (formando coloides en agua), a diferencia de las proteínas fibrosas o de membrana. Hay múltiples clases de pliegues de proteínas globulares, ya que hay muchas arquitecturas diferentes que pueden doblarse en una forma más o menos esférica.
El término globina puede referirse más específicamente a proteínas, incluido el pliegue de globina.
Naturaleza de las proteínas
Las proteínas globulares son bastante diferentes de las moléculas ordinarias de la química orgánica.
La cadena polipeptídica larga se pliega de modo que, en general, las cadenas laterales hidrofóbicas se encuentran predominantemente en el interior, con las hidrófilas mayoritariamente afuera, por lo que toda la estructura se mantiene unida por la presión de las moléculas de agua ligadas a hidrógeno externas.
Sin embargo, el empaquetamiento detallado de grupos específicos dentro de la proteína se organiza y mantiene a través de numerosos enlaces electrostáticos débiles a medios (enlaces de hidrógeno y enlaces salinos).
Los grupos hidrófilos periféricos virtualmente se disuelven en agua, cuyo pH, composición iónica, etc., afecta el equilibrio delicado que mantiene el estado nativo de la proteína.
En particular, la tendencia de una proteína a cristalizar se altera fácilmente por esos solutos y por sustancias (como polietilenglicol, PEG) que cambian, aunque sea ligeramente, las propiedades del agua.
Los cristales a veces se pueden cultivar si ese equilibrio se balancea suavemente hacia la adhesión, y si se permite suficiente tiempo para que estas moléculas gigantes se suavicen en una red cristalina.
Una vez que están en esa federación flexible, están unidas por unos pocos enlaces intermoleculares débiles entre grupos adyacentes.
La mayor parte de su superficie permanece disuelta en el solvente que constituye al menos un tercio del volumen del cristal de proteína, que es un objeto delicado, que se rompe fácilmente al intentar agarrarlo y contraerse bajo la deshidratación más leve.
Sin embargo, muchos especímenes correspondientes para microscopía electrónica no son más robustos, pero esta técnica impuso, durante muchas décadas, condiciones mucho más duras sobre ellos.
Mientras que la cristalografía de proteínas comenzó con el descubrimiento de métodos apropiados para la presentación de muestras, la «cristalografía» de electrones solo las encontró después de décadas de desarrollo.
Estructura globular y solubilidad
El término proteína globular es bastante antiguo (data probablemente del siglo XIX) y ahora es algo arcaico dados los cientos de miles de proteínas y el vocabulario de motivos estructurales más elegantes y descriptivos.
La naturaleza globular de estas proteínas se puede determinar sin los medios de las técnicas modernas, pero solo mediante el uso de ultracentrífugas o técnicas dinámicas de dispersión de la luz.
La estructura esférica es inducida por la estructura terciaria de la proteína. Los aminoácidos apolares (hidrofóbicos) de la molécula están delimitados hacia el interior de la molécula, mientras que los aminoácidos polares (hidrófilos) están unidos hacia afuera, lo que permite las interacciones dipolo-dipolo con el disolvente, lo que explica la solubilidad de la molécula.
Las proteínas globulares son solo marginalmente estables porque la energía libre liberada cuando la proteína se pliega en su conformación nativa es relativamente pequeña. Esto se debe a que el plegamiento de proteínas requiere un costo entrópico.
Como una secuencia primaria de una cadena polipeptídica, puede formar numerosas conformaciones, la estructura globular nativa restringe su conformación a solo unas pocas. Produce una disminución de la aleatoriedad, aunque las interacciones no covalentes, como las interacciones hidrofóbicas, estabilizan la estructura.
Aunque aún se desconoce cómo las proteínas se pliegan de forma natural, la nueva evidencia ha ayudado a avanzar en la comprensión.
Parte del problema del plegamiento de proteínas es que se forman varias interacciones débiles no covalentes, como los enlaces de hidrógeno y las interacciones de Van der Waals.
A través de varias técnicas, el mecanismo de plegamiento de proteínas se está estudiando actualmente. Incluso en el estado desnaturalizado de la proteína, se puede plegar en la estructura correcta.
Las proteínas globulares parecen tener dos mecanismos para el plegamiento de proteínas, ya sea el modelo de colisión de difusión o el modelo de condensación de nucleación, aunque los hallazgos recientes han mostrado proteínas globulares, como PDZ2 PTP-BL, que se pliegan con características características de ambos modelos.
Estos nuevos hallazgos han demostrado que los estados de transición de las proteínas pueden afectar la forma en que se retiran.
El plegamiento de proteínas globulares también se ha relacionado recientemente con el tratamiento de enfermedades, y se han desarrollado ligandos contra el cáncer que se unen a la proteína plegada pero no a la proteína natural. Estos estudios han demostrado que el plegamiento de las proteínas globulares afecta su función.
Según la segunda ley de la termodinámica, la diferencia de energía libre entre estados desplegados y plegados es contribuida por entalpía y cambios de entropía.
Como la diferencia de energía libre en una proteína globular que resulta del plegamiento en su conformación nativa es pequeña, es marginalmente estable, proporcionando así una velocidad de rotación rápida y un control efectivo de la degradación y síntesis de proteínas.
Función
A diferencia de las proteínas fibrosas que solo desempeñan una función estructural, las proteínas globulares pueden actuar como:
- Enzimas, catalizando reacciones orgánicas que tienen lugar en el organismo en condiciones suaves y con una gran especificidad. Diferentes esterasas cumplen esta función.
- Mensajeros, al transmitir mensajes para regular los procesos biológicos. Esta función la realizan hormonas, es decir, insulina, etc. Transportadores de otras moléculas a través de membranas.
- Stocks de aminoácidos. Las funciones reguladoras también son realizadas por proteínas globulares en lugar de proteínas fibrosas.
- Proteínas estructurales, por ejemplo, actina y tubulina, que son globulares y solubles como monómeros, pero se polimerizan para formar fibras largas y rígidas
Estabilidad conformacional
Las proteínas globulares tienden a una única estructura conformacional específica. Las características conformacionales y topológicas generales de una proteína se rigen principalmente por:
- Enlaces cruzados estructurales compuestos de enlaces disulfuro y grupos prostéticos unidos covalentemente junto con enlaces cruzados no covalentes como enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y fuerzas diversas.
- Replegamiento continuo a conformaciones nativas. A veces, la adición de disolvente orgánico altera la flexibilidad conformacional y la estructura de una proteína debido al cambio en la constante dieléctrica, lo que lleva a un cambio general en la estabilidad de la molécula de proteína en consideración.
La adición de agentes reductores y materiales como guanidina da como resultado una reducción de los enlaces disulfuro que son responsables de mantener las estructuras tridimensionales de las proteínas.
La reducción de los enlaces disulfuro da como resultado un aumento de la viscosidad intrínseca, lo que sugiere que las proteínas globulares se están desplegando para aflojarse, expandiendo cadenas de espiral al azar. Este proceso se llama desnaturalización.
La definición de desnaturalización es la modificación no proteolítica en una estructura de una proteína natural/nativa, que produce un cambio en el mar en su actividad física, química y, en última instancia, biológica.
La desnaturalización de proteínas se confirma y evalúa mediante una serie de técnicas, tales como la determinación de la viscosidad intrínseca, la espectroscopía diferencial ultravioleta de rotación óptica y otras.
La desnaturalización de proteínas finalmente produce la ruptura de los puentes disulfuro y la separación de las cadenas de proteínas o péptidos.
