Esta es una excelente pregunta. Los oligómeros de proteínas son abundantes en la naturaleza, y se ha encontrado en varios estudios que solo ~ 25-40% de todas las proteínas en cualquier organismo son monoméricas , mientras que el resto forma homo o heterooligómeros en diversas estequiometrías. Para entender por qué algunas proteínas funcionan mejor como oligómeros, la pregunta más simple que debemos tener en cuenta es cómo la proteína funciona mejor como un conjunto oligomérico en lugar de un solo polipéptido largo.
Primero, hagamos un simple experimento mental. Piensa en una proteína oligomérica aleatoria. Voy a trabajar con la hemoglobina aquí como un ejemplo clásico de un heterotetramer:
Subunidades α de hemoglobina en diferentes tonos de amarillo; Subunidades β en diferentes tonos de azul. Heme grupos en el centro en forma de barra. Imagen hecha de: 1BUW.
Vea si puede ubicar los distintos extremos N y C de las diferentes cadenas. Para poner las cosas en perspectiva, aquí hay una vista inferior de solo las subunidades α coloreadas en estilo arcoíris (N: azul, C: rojo): 
Ahora vea si puede agregar algunos residuos a la termini para que ambas subunidades formen una larga cadena que se extienda desde la N-terminal hasta la C-terminal con las siguientes restricciones:
- Sin impedimentos estéricos
- Sin realineamiento de residuos preexistentes
- No forma largas cadenas de bucle (que podrían separar las subunidades)
Más bien difícil de hacer, ¿no? Intente hacer lo mismo para cualquier estructura de proteína oligomérica depositada de PDB; casi siempre encontrará que casi siempre es más fácil unir dos cadenas separadas, en lugar de doblarlas adecuadamente como una sola cadena larga.
Esta es esencialmente la razón más simple por la que la mayoría de las proteínas tienden a existir como oligómeros más que como un péptido largo con repeticiones monoméricas: las largas regiones de bucle de conexión entre subunidades difícilmente conducen al plegamiento adecuado y a una proteína funcional.
¿Cómo el mayor contenido de GC induce una estructura secundaria en ácidos nucleicos?
¿Se puede usar la difracción de electrones para predecir la estructura de una proteína?
La oligomerización de proteínas confiere muchas ventajas evolutivas y funcionales a un organismo. Aquí hay una lista de algunos:
Ventajas evolutivas:
- Tamaño del genoma reducido: un gen que contiene múltiples repeticiones en una sola transcripción será mucho más largo, especialmente para ensamblajes oligoméricos más grandes. A menudo es más fácil para una célula mantener una sola secuencia de codificación para reducir la redundancia.
- Reducción de los errores de transcripción / traducción: las transcripciones más largas pueden acumular errores más grandes; y una proteína grande compuesta de múltiples subunidades cortas es más probable que se sintetice sin errores que una proteína monocatenaria de tamaño comparable.
- Rápida selección evolutiva: es probable que las mutaciones deletéreas en proteínas oligoméricas se eliminen rápidamente del conjunto de genes, mientras que las mutaciones beneficiosas pueden tener un impacto más rápido en las proteínas oligoméricas.
Ventajas funcionales:
- Mayor alcance para la función: los andamios complejos a menudo pueden soportar mejor la función, por ejemplo, mediante la introducción de un nuevo sitio activo en la interfaz entre dos subunidades.
- Regulación alostérica: los oligómeros se pueden regular alostéricamente, lo que introduce un nivel adicional de control.
- Regulación por oligomerización: las diferencias en la actividad entre los estados monoméricos y oligoméricos de una proteína a menudo se explotan para una flexibilidad reguladora adicional.
- Resistencia a la degradación / desnaturalización: Varios estudios muestran que los estados oligomerizados de una proteína son más estables que su estado monomérico, y un aumento en el estado de oligomerización es, de hecho, una de las estrategias de estabilización de proteínas observadas en organismos termófilos. De manera similar, a menudo se encuentra que las regiones de bucle largas en las proteínas grandes son desordenadas e inestables, y con frecuencia se dirigen a la degradación.
Simetría en oligómeros de proteínas:
De manera concisa, la evolución favorece la formación de oligómeros de proteínas simétricos debido a su “finitud, estabilidad y autoensamblaje”. Los grandes ensamblajes simétricos son llamativos de mirar y proporcionan una forma elegante de realizar varias funciones complejas.
Ventajas de los oligómeros simétricos:
- Función morfológica: las estructuras grandes y estables, como los filamentos del citoesqueleto o las cápsides virales, requieren un medio simple para lograr la repetición de la simetría. Por lo tanto, ingrese oligómeros de proteínas.
- Estabilidad de asociación: los ensamblajes simétricos a menudo presentan el estado de energía más bajo para cualquier molécula dada. Los oligómeros de proteínas, en particular los que tienen simetría direccional, aseguran que todas las subunidades estén unidas de manera estable dentro del complejo y no se produzcan “deslices” individuales.
Aquí hay dos de mis asambleas oligoméricas favoritas:
Izquierda : Las bóvedas son capas huecas hechas de 78 copias de la proteína de bóveda principal (MVP). Fuente de la imagen: RCSB PDB-101 – Bóvedas. Derecha: la proteína SAS-6 puede ensamblarse en un 18 mer para formar la simetría de 9 veces de centriolos. Imagen hecha de PDB: 4CKP. Un solo monómero está indicado en gris en ambas imágenes.
Fuentes y lecturas adicionales:
- Oligomerización de proteínas: cómo y por qué
- Simetría estructural y función proteica
- Dímeros, oligómeros, en todas partes
- Cómo pudieron haber evolucionado los primeros biopolímeros.
