miniatura|300px|Flexibilidade conformacional na proteína SUMO-1 (PDB:1a5r). A parte cental mostra unha estrutura relativamente ordenada. Inversamente, as rexións N- e C-terminais (esquerda e dereita, respectivamente) mostran unha ‘desorde intrínseca’, aínda que persiste unha rexión helicoidal curta na cola N-terminal. Foron morfeados dez modelos RMN alternativos. Elementos da estrutura secundaria: α-hélices (vermello), follas β (frechas azuis).
En bioloxía molecular, unha proteína intinsecamente desordenada ou proteína intrinsecamente e desestruturada (PID ou, en inglés, IDP) é unha proteína que carece dunha estutura tridimensional fixa ou ordenada, tipicamente en ausencia das moléculas coas cales establece unha interacción macromolecular, como outras proteínas ou ARN. As PIDs poden ser desde proteínas totalmente desestruturadas a parcialmente desestruturadas e inclúen pelotas aleatorias, agregados similares a un glóbulo fundido ou rexións enlazadoras flexibles en proteínas grandes multidominio.
Ás veces considéranse unha clase máis de proteínas xunto coas globulares, fibrosas e de membrana.
As PIDs son unha clase grande e funcionalmente importante de proteínas e o seu descubrimento desbotou a idea de que as estruturas tridimensionais das proteínas deben ser fixas para poder cumprir as súas funcións biolóxicas. Por exemplo, as PIDs foron identificadas como participantes nas interaccións débiles multivalentes que son moi cooperativas e dinámicas, o que as fai importantes na regulación do ADN e na sinalización celular. Moitas PIDs poden tamén adoptar unha estrutura tridimensional fixa unha vez que se unen a outras moléculas. En conxunto, as PIDs son diferentes das proteínas estruturadas en moitos aspectos e adoitan ter unha distintiva función, estrutura, secuencia, interaccións, evolución e regulación.
Historia
miniatura|Un conxunto conformacional de estruturas NMR da fosfoproteína soluble do tilacoide TSP9, que mostra unha cadea proteica moi flexible.|250px
Nas décadas de 1930, 1940 e 1950, resolvéronse as primeiras estruturas das proteínas por cristalografía de proteínas. Estas primeiras estruturas publicadas indicaban que en xeral era necesaria unha estrutura tridimensional fixa para que as proteínas puidesen realizar as súas funcións biolóxicas. Estas publicacións solidificaron o chamado dogma central da bioloxía molecular que di que a secuencia de aminoácidos dunha proteína determina a súa estrutura, a cal, á súa vez, determina a súa función. En 1950, Karush escribiu sobre a 'adaptabilidade configuracional' contradicindo esta asunción. El estaba convencido de que as proteínas tiñan máis dunha configuración no mesmo nivel enerxético e podían elixir unha cando se unían a outras substancias. Na década de 1960, o paradoxo de Levinthal suxería que é improbable que a investigación conformacional sistemática dun polipéptido longo renda unha soa estrutura proteica pregada en escalas de tempo bioloxicamente relevantes (é dicir, de microsegundos a minutos). Curiosamente, para moitas (pequenas) proteínas ou dominios proteicos, pode observarse in vitro un re-pregamento relativamente rápido e efectivo. Tal como afirma o dogma de Anfinsen desde 1973, a estrutura 3D fixa destas proteínas está codificada unicamente na súa estrutura primaria (a secuencia de aminoácidos), é cineticamente accesible e estable nun rango de condicións (case) fisiolóxicas, e pode, por tanto, ser considerado un estado nativo de ditas proteínas "ordenadas".
Porén, durante as décadas seguintes moitas rexións grandes de proteínas non podían determinarse cos datos de raios X, o que indicaba que ocupaban múltiples posicións, que se igualaban nos mapas de densidade electrónica. A falta de posicións únicas fixas en relación coa retícula cristalina suxería que esas rexións estaban "desordenadas". A espectroscopia de proteínas por resonancia magnética nuclear tamén demostraba a presenza de grandes rexións enlazadoras flexibles e terminais en moitos conxuntos estruturais resoltos estruturalmente.
En 2001 Dunker preguntouse se a nova información atopada fora ignorada durante 50 anos e máis análises cuantitativos estiveron dispoñibles na década de 2000. Na década de 2010 xa estaba claro que as PIDs son comúns entre as proteínas relacionadas con enfermidades, como a alfa-sinucleína e a proteína tau.
Abundancia
Hoxe acéptase en xeral que as proteínas existen como un conxunto de estruturas similares con algunhas rexións máis restrinxidas que outras. As PIDs ocupan o extremo deste espectro de flexibilidade e inclúen proteínas con considerable tendencia de estrutura local ou conxuntos multidominios flexibles.
As predicións bioinformáticas indicaron que a desorde intrínseca é máis común nos xenomas e proteomas que nas estruturas coñecidas na base de datos de estrutura das proteínas. Baseándose na predición DISOPRED2, aparecen segmentos desordenados longos (>30 residuos) no 2,0% das arqueas, o 4,2% das eubacterias e o 33,0% das proteínas eucariotas, incluíndo certas proteínas relacionadas con enfermidades.
Funcións biolóxicas As rexións desordenadas moi dinámicas das proteínas foron ligadas a fenómenos funcionalmente importantes como a regulación alostérica e a catálise encimática. Moitas proteínas desordenadas teñen afinidade de unión cos seus receptores regulada por modificacións postraducionais, e propúxose que a flexibilidade das proteínas desordenadas satisfai as diferentes necesidades conformacionais para unirse aos encimas modificantes así como aos seus receptores. A desorde intrínseca está especialmente enriquecida en proteínas implicadas na sinalización celular, a transcrición e as funcións de remodelación da cromatina. Os xenes que naceron recentemente de novo tenden a ter unha maior desorde.
Rexións enlazadoras flexibles As rexións desordenadas son a miúdo rexións enlazadoras (linkers) flexibles ou bucles que conectan dominios. As secuencias enlazadoras varían moito en lonxitude, pero son caracteristicamente ricas en aminoácidos polares non cargados. Os enlazadores flexibles permiten que os dominios conectados se retorzan e roten para recrutar as moléclas ás que se teñen que unir por medio da dinámica dos dominios de proteínas. Tamén permiten que as moléculas coas que se unen induzan cambios conformacionais a grande escala por alosterismo de longo rango. Por exemplo, o enlazador flexible de FBP25, que conecta dous dominios de FKBP25 é importante para a unión de FKBP25 co ADN.
Motivos lineais
Os motivos lineais son segmentos de proteínas desordenados curtos que serven de mediadores das interaccións funcionais con outras proteínas ou outras biomoléculas (ARN, ADN, azucres etc.). Moitas funcións dos motivos lineais están asociadas coa regulación celular, por exemplo no control da forma da célula, localización subcelular de proteínas individuais e recambio proteico regulado. A miúdo, as modificacións postraducionais como a fosforilación axustan a afinidade (non raramente en varias ordes de magnitude) de motivos lineais individuais para interaccións específicas. A evolución relativamente rápida e o número relativamente pequeno de restricións estruturais para establecer novas interfaces (de baixa afinidade) fai que sexa especialmente complicado detectar os motivos lineais, pero os seus papeis biolóxicos tan frecuentes e o feito de que moitos virus imiten/se apropien de motivos lineais para recodificar eficientemente células infectadas subliña a urxencia de investigar este interesante asunto. A diferenza das proteínas globulares, as PIDs non teñen petos activos dispostos espacialmente. Non obstante, no 80% das PIDs das que se fixo unha caracterización estrutural detallada por RMN (unhas 3 ducias) hai motivos lineais denominados PreSMos (motivos preestruturados) que son elementos de estrutura secundaria transitorios preparados para o recoñecemento de dianas. En varios casos demostrouse que estas estruturas transitorias se converten en estruturas secundarias completas e estables, por exemplo, hélices, na unión a dianas. Por tanto, os PreSMos son os sitios activos supostos das PIDs.
Pregamento acoplado e unión
Moitas proteínas desestruturadas experimentan transicións a estados máis ordenados ao unirse ás súas dianas (por exemplo, as Características de Recoñecemento Molecular (MoRFs)). O pregamento acoplado e a unión poden ser locais e só implicar a uns poucos residuos que interaccionan, ou poden implicar a todo un dominio proteico. Demostrouse recentemente que o pregamento acoplado e a unión permiten enterrar dentro da molécula unha grande área superficial, o que só sería posible en proteínas completamente estruturadas se fosen máis grandes. Ademais, certas rexións desordenadas poderían servir como "interruptores moleculares" ao regularen certas funcións biolóxicas cambiando a unha conformación ordenada despois do recoñecemento molecular de pequenas moléculas de unión, da unión ao ADN/ARN, interaccións iónicas etc.
A capacidade das proteínas desordenadas de unirse a moléculas e así exerceren a súa función, mostra que a estabilidade non é unha condición necesaria. Moitos sitios funcionais curtos, por exemplo motivos lineais curtos están sobrerrepresentados nas proteínas desordenadas. As proteínas desordenadas e os motivos lineais curtos son especialmente abundantes en moitos virus de ARN, como o virus Hendra, virus da hepatite C (HCV), VIH-1 e papilomavirus humanos. Isto permite que eses virus superen os seus xenomas moi limitados informacionalmente ao facilitar a unión e manipulación dun gran número de proteínas das células hóspede.
Desorde no estado unido (complexos borrosos)
As PIDs poden manter a súa liberdade conformacional mesmo cando se unen especificamente a outras proteínas. A desorde estrutural no estado unido pode ser estática ou dinámica. En complexos borrosos (fuzzy) a multiplicidade estrutural é necesaria para o funcionamento e manipulación dos cambios de actividade da rexión desordenada unida a moléculas. O conxunto conformacional do complexo modúlase por modificacións postraducionais ou interaccións con proteínas. A especificidade das proteínas que se unen ao ADN a miúdo depende da lonxitude das rexións borrosas, a cal varía por empalme alternativo. Algúns complexos borrosos poden presentar unha alta afinidade de unión, aínda que outros estudos mostraron valores de afinidade diferentes para o mesmo sistema nun réxime de diferentes concentracións.
Aspectos estruturais As PIDs adoptan moitas estruturas diferentes in vivo segundo as condicións da célula, creando un conxunto conformacional ou estrutural.
Por tanto, as súas estruturas están fortemente relacionadas coa función. Porén, só unhas poucas proteínas están totalmente desordenadas no seu estado nativo. A desorde atópase maiormente en rexións intrinsecamente desordenadas (RIDs ou, en inglés, IDRs) dentro dunha proteína que polo demais está ben estruturada. O termo proteína intrinsecamente desordenada inclúe, pois, proteínas que conteñen RIDs así como proteínas completamente desordenadas.