La lámina que se plegó a las exigencias de Pauling

En mayo de 1951 se publica en la revista PNAS una nueva estructura atómica teórica, denominada la lámina beta plegada de las proteínas. Un motivo estructural en el que las cadenas de aminoácidos se unen mediante enlaces de hidrógeno formando una especie de hoja plegada o fruncida. Linus Pauling y Robert Corey desvelan por primera vez otra forma teórica fundamental de organizar en el espacio las cadenas polipetídicas. Algo así como hacer formas tridimensionales con un cinturón. Tras haber sorprendido a la comunidad científica con el descubrimiento de la hélice alfa (otra forma de organizar en el espacio dichas cadenetas) se presentaba en sociedad la hoja beta plegada parcialmente propuesta por William Astbury en 1930, resultó ser otra bella estructura fundamental para comprender la geometría que permite la vida. Por su importancia es otro #ScienceMoment de los mucho que tuvo el gran Linus Pauling capaz de pensar con más imaginación, a veces excesiva.

science moment pauling corey lamina hoja beta plegada estructura secundaria proteins mayo 1951 3dc

En mayo de 1951 se publica en la revista PNAS la estructura atómica de la lámina beta plegada de las proteínas. Un motivo estructural repetido en el que las cadenas se unen mediante enlaces de hidrógeno formando una especie de hoja plegada, fruncida. Las cadenas unidas se pueden unir según su orientación de forma paralela o antiparalela.

Los planos que forman las uniones entre aminoácidos o residuos, resultaron ser fundamentales para resolver el problema (uniones peptídicas). Como se ve en la figura, estos planos pueden girar entre sí. Además, si la rotación es de 180 grados respecto del anterior, algo equivalente a una hélice con dos residuos por vuelta (n=2) resulta una especie de cinta plegada como un acordeón. Cinta que a su vez se puede estabilizar al unirse a otra cinta de manera paralela o antiparalela mediante enlaces de hidrógeno entre los grupos carbonilo y amino alternantes C=O—HN. Esto da como resultado una superficie plegada denominada lámina beta plegada (figura). Las cadenas laterales caracteristicas de los diferentes aminoácidos (representadas como bolas marrón oscuro) quedarían perpendiculares al plano de la hoja alternado arriba y abajo.

La simplicidad de esta estructura y la explicación estructural que daba a los datos experimentales la hacía muy probable. Cuando se fueron conociendo las estructuras atómicas de proteínas reales se vio que los dos tipos de láminas beta, junto con la hélice alfa eran los motivos estructurales más comunes en su organización tridimensional. Eso sí, las laminas u hojas beta plegadas no resultaron ser tan rectas y paralelas como en la forma predicha teoricamente por Pauling y Corey sino que estaban combadas, pudiendo formar barriles, sandwiches, hélices y otra pluralidad de formas características.

GFP structure pre chromophore formation beta sheet parallel antiparalel alpha helix loop computer graphics 3dciencia

Proteína verde fluorescente. Estructura en forma de barril formada por láminas beta paralelas y antiparalelas que protegen el cromóforo que produce la luz verde tras ser iluminado con luz azúl. Las cadenas que componen las láminas beta se representan como flechas planas indicando la direcionalidad del enlace HN—CO

La colaboración de Pauling y Corey durante más de cuatro años dio sus magníficos frutos en una serie de históricos artículos en PNAS sobre biología estructural. Descubrir los principios estructurales subyacentes en la configuración espacial de las proteínas fue todo un hito. Pasarían siete años hasta la resolución de la estructura de la primera proteína, la mioglobina en 1958 por Kendrew, que confirmaría la existencia de la hélice alfa y catorce para la de la segunda proteína la lisozima por D. Chilton Phillips donde vería que la hoja beta plegada predicha por Pauling y Corey se daba en la también naturaleza. Luego vendrían muchas más, estas estructuras son el esqueleto de las proteínas.

pauling pleated sheet proteins polypeptide chains Corey structure beta queratin

Primera página del artículo de Pauling y Corey donde se propone la estructura del la hoja plegada como modelo básico en el plegamiento de polipéptidos. Propuso dos nuevas maneras de unir quimicamente las cadenas de aminoácidos para dar estucturas más complejas y estables y compatibles con los datos experimentales. Mayo de 1951 ScienceMoment

Esta entrada participa en la XLVII Edición del Carnaval de Química, cuyo blog anfitrión es::ZTFNews.

REFERENCIAS

The Pleated Sheet, A New Layer Configuration of Polypeptide Chains. Pauling, L. & Corey, R. B. PNAS, 37, 251-256, (1951).

Bernal, J. D. (1963). “William Thomas Astbury 1898-1961”. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 9: 1–01. doi:10.1098/rsbm.1963.0001

The discovery of the α-helix and β-sheet, the principal structural features of proteins. David Eisenberg. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Sep 30; 100(20): 11207–11210. Published online 2003 Sep 9. doi: 10.1073/pnas.2034522100 PMCID: PMC208735

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