Estructura de Macromoléculas. J. Sancho

Lección 20. Interacciones proteína-proteína

  1. Naturaleza de las superficies de interacción

  2. Interacciones que se establecen

  3. Ejemplo 1: complejo enzima-inhibidor proteico

  4. Ejemplo 2: complejo anticuerpo-proteína

  5. Ejemplo 3: proteínas oligoméricas

Bibliografía consultada:

The structure of protein recognition sites.  Janin & Chothia, J. Biol. Chem. (1990) pp16027-16030.
Recognition between a bacterial ribonuclease, barnase, and its natural inhibitor, barstar.  Guillet et al., Structure (1993) 1:165-176.
Analysis of protein-protein interactions and the effects of amino acid mutations on their energetics.  Covell & Wallqvist JMB (1997) 269:282-297

Para saber más:

The morphology of protein protein interfaces

Naturaleza de las superficies de interaccioN

En promedio, la superficie accesible al disolvente de las proteínas globulares, solubles, contiene un 55 % de área no polar, un 25 % de área polar y un 20 % de área cargada.  Sin embargo, en casos particulares, estas proporciones pueden ser sustancialmente distintas.  Por ello, los complejos proteína-proteína pueden formarse tanto entre superficies polares como entre superficies apolares.

interacciones que se establecen

Son de todo tipo: Efecto hidrófobo, fuerzas de van der Waals, puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas.  La importancia relativa depende de cada complejo.  Analizando un conjunto de complejos proteasa-inhibidor y antígeno-anticuerpo (proteico) se ha establecido que la superficie total enterrada en la interfase es de aproximadamente 1500 Å2 (de la que el 55 % es apolar) y entre las dos proteínas se establecen unos 11 puentes de hidrógeno.  El enterramiento de grupos apolares contribuye en unas -25 cal/molÅ2 enterrado a la energía de unión, y la formación de puentes de hidrógeno entre las dos proteínas contribuye en unas -1.5 kcal/mol por puente establecido.  Por otro lado, la pérdida de entropía translacional y rotacional en el complejo lo desestabiliza en unas 15 kcal/mol, y la pérdida de entropía conformacional de las cadenas laterales enterradas en unas 5 kcal/mol. Calcular la estabilidad promedio de estos complejos.  La estabilidad observada va de -11 a -18 kcal/mol. Son uniones muy fuertes.  Otros complejos de tipo no inhibitorio presentan afinidades menores. Calcular para una energía de unión de -18 kcal/mol, la constante de unión.  Calcular, para esa constante, que % de moléculas se asocian para formar complejo si se mezclan las dos proteínas a concentración 1 nM  cada una.

ejemplo 1: complejo barnasa-barstar (PDB:  1BRs)

La barnasa es una ribonucleasa bacteriana de 110 aminoácidos con estructura a + b y cuyos residuos catalíticos principales son el E73 y la H102.  La barnasa es un arma biológica del Bacillus amiloliquefaciens que se excreta y su actividad intracelular está rigurosamente inhibida por la proteína barstar (89 aa, estructura a/b), su inhibidor natural.   El inhibidor bloquea con una hélice a propia el sitio de unión a RNA de barnasa.  La interfase del complejo está constituida por 14 residuos de barnasa (que entierran 829 Å2) y 15 de barstar (que entierran 801 Å2) y es muy polar y cargada (44 % apolar, 29 % polar, 27 % cargada).   Entre las dos proteínas se establecen 14 puentes de hidrógeno.  Calcular la constante de unión esperada.  La observada es de 1014 M. 

ejemplo 2:complejo fAB-LISOZIMA  (pdb: 1b65)

Presenta una menor superficie enterrada (1060 Å2)  y un menor número de puentes de hidrógeno.  Su estabilidad también es menor (10.5 kcal/mol).  En la superficie de interacción del fragmento Fab abundan los residuos aromáticos (esto es característico de los sitios de unión de anticuerpos).

ejemplo 3: proteinas oligoméricas (CIANASA, pdb: 1dw9)

Las superficies de contacto entre subunidades son mayores (1500-10000 Å2) pues no sólo se encargan de estabilizar la unión, sino también la estructura terciarIa de los monómeros que se asocian.    Son más hidrófobas y presentan menos puentes de hidrógeno.