miniatura|dereita|380px|Proteína antes e despois do seu pregamento. right|380px|miniatura|Resultado do pregamento de proteínas. O pregamento de proteínas é o proceso polo cal as proteínas adquiren a súa forma ou conformación. É o proceso físico polo cal un polipéptido se prega adoptando a súa estrutura tridimensional funcional característica a partir dun enrolamento aleatorio inicial. Todas as proteínas aparecen como un polipéptido non pregado ou de enrolamento ao chou cando son traducidas a partir dunha secuencia de ARNm a unha cadea lineal de aminoácidos. Este polipéptido carece dunha estrutura tridimensional desenvolvida (a imaxe da esquerda na primeira figura). Os aminoácidos interaccionan uns con outros para producir unha estrutura tridimensional ben definida, a proteína pregada (a imaxe da dereita da primeira figura), coñecida como estado nativo. A estrutura tridimensional resultante está determinada principalmente pola secuencia de aminoácidos, segundo o dogma de Anfinsen, aínda que tamén poden influír outros factores. O ambiente en que está a proteína e factores externos poden afectar ao seu estado de pregamento (temperatura, pH, presenza de substancias, campos eléctricos...), e existen unhas proteínas chamadas chaperonas especializadas en axudar ao pregamento e agregación de proteínas, e tamén os prións poden afectar ao seu pregamento.
A estrutura tridimensional correcta é esencial para que a proteína funcione, aínda que algunhas partes de proteínas funcionais poden permanecer sen pregar. Cando hai fallos no pregamento dunha proteína para que adopte a súa estrutura nativa, orixínanse xeralmente proteínas inactivas, pero nalgúns casos as proteínas mal pregadas teñen unha funcionalidade modificada ou tóxica. Crese que varias enfermidades neurodexenerativas e doutros tipos se orixinan pola acumulación de fibrilas amiloides formadas por proteínas mal pregadas. Moitas alerxias son causadas polo pregamento das proteínas, xa que o sistema inmunitario non pode producir anticorpos para certas estruturas proteicas.Alberts, Bruce, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter. "Protein Structure and Function." Essential Cell Biology. Edition 3. New York: Garland Science, Taylor and Francis Group, LLC, 2010. Pg 120-170.
O proceso contrario ao pregamento das proteínas é a desnaturalización das proteínas, na cal se desfai o pregamento e se alteran algunhas das estruturas da proteína.
Feitos coñecidos
Relación entre a secuencia de aminoácidos e o pregamento miniatura|dereita|300px|Ilustración da principal forza que impulsa a formación da estrutura das proteínas. No pregamento compacto da dereita os aminoácidos hidrofóbicos (esferas negras) están en xeral protexidos do contacto co solvente.
A secuencia de aminoácidos dunha proteína determina a súa conformación nativa. Unha molécula proteica prégase espontaneamente durante ou despois da súa biosíntese. Aínda que estas macromoléculas pode considerarse que se autoensamblan, o proceso tamén depende do solvente (auga ou bicapa lipídica), da concentración de sales, da temperatura, e da presenza de proteínas chaperonas moleculares.
As proteínas pregadas xeralmente teñen as cadeas laterais hidrófobas dos aminoácidos agochadas na parte interna. O empaquetamento estabiliza o estado pregado, xa que as cadeas laterais hidrófilas ou cargadas ocupan a superficie exposta ao solvente por onde interaccionan coa auga que as rodea. A minimización do número de cadeas laterais hidrófobas que quedan expostas á auga é unha importante forza impulsora do proceso de pregamento. A formación de enlaces de hidróxeno intramoleculares proporciona outra importante contribución á estabilidade das proteínas. A forza dos enlaces de hidróxeno depende da contorna que os rodea, así os enlaces de hidróxeno que están envoltos nunha zona hidrofóbica contribúen máis á estabilidade do estado nativo ca aqueles outros que están expostos a un ambiente acuoso.
O proceso de pregado con frecuencia empeza cotraducionalmente (á vez que se traducen as proteínas), de modo que o extremo N-terminal da proteína empeza a pregarse cando a porción C-terminal da proteína aínda está sendo sintetizada polo ribosoma. Proteínas especializadas chamadas chaperonas axudan no pregamento doutras proteínas. Un exemplo ben estudado é o do sistema bacteriano GroEL, que axuda ao pregamento de proteínas globulares. En eucariotas as chaperonas coñécense como proteínas de choque térmico. Aínda que a maioría das proteínas globulares poden adoptar sen axuda o seu estado nativo, o pregamento asistido por chaperonas é necesario algunhas veces no ateigado ambiente celular para impedir agregacións entre as proteínas; as chaperonas tamén se usan para impedir pregamentos e agregacións incorrectas que poden acontecer como consecuencia da exposición á calor ou a outros cambios no ambiente celular.
Hai dous modelos de pregamento de proteínas que foron actualmente confirmados: Modelo de difusión-colisión: Neste modelo fórmase un núcleo da estrutura, despois fórmase a estrutura secundaria, e finalmente estas estruturas secundarias chocan e empaquétanse apertadamente, orixinando estruturas superiores. Modelo de nucleación-condensación: Neste modelo as estrururas secundaria e terciaria da proteína orixínanse ao mesmo tempo. Recentes estudos mostraron que algunhas proteínas mostran características de ambos os modelos de pregamento.
Os científicos estudaron como moitas moléculas idénticas se pregaban en masa. En xeral, parece que ao facer a transición desde o estado nativo, unha determinada secuencia de aminoácidos toma aproximadamente a mesma ruta e procede por medio de aproximadamente os mesmos intermediatos e estados de transición. A miúdo o pregamento implica primeiro o establecemento de estruturas secundarias e supersecundarias regulares, en especial hélices alfa e follas beta, e despois o da estrutura terciaria. A formación de estrutura cuaternaria xeralmente implica a ensamblaxe ou coensamblaxe de subunidades que están xa pregadas. As estruturas en hélice alfa regular e folla beta préganse rapidamente porque están estabilizadas por enlaces de hidróxeno intramoleculares, como foi descuberto por Linus Pauling. O pregamento das proteínas pode implicar a formación de enlaces covalentes como as pontes disulfuro, que se forman entre dous residuos de cisteína, ou a formación de clústeres metálicos. Pouco despois de estabilizárense nas súas conformacións nativas máis enerxeticamente favorables, as moléculas poden pasar a través dun estado intermedio chamado "glóbulo fundido" (molten globule).
Porén, o feito esencial do pregamento, segue sendo que a secuencia de aminoácidos de cada proteína contén a información que especifica tanto a estrutura nativa coma a vía para atinxir ese estado. Isto non quere dicir que todas ou case todas as secuencias idénticas de aminoácidos se preguen sempre de xeito similar. As conformacións difiren debido a factores ambientais tamén; de modo que proteínas similares se pregan de modo diferente dependendo en onde se atopen. O pregamento é un proceso espontáneo independente da enerxía cedida por nucleósidos trifosfato, como o ATP. O paso ao estado pregado está impulsado principalmente por interaccións hidrofóbicas, formación de enlaces de hidróxeno intramoleculares, e de forzas de van der Waals, e oponse a el a entropía conformacional.
Alteración do estado nativo
En certas condicións as proteínas non poden pregarse na súa forma bioquimicamente funcional. As temperaturas que están por riba ou por debaixo de determinado rango no que as células normalmente viven fan que as proteínas sexan termicamente inestables e se despreguen ou desnaturalicen (como cando se coce un ovo e a clara se volve opaca). O mesmo fan as altas concentracións de solutos, o pH extremo, forzas mecánicas, e a presenza de desnaturalizantes químicos. Porén, a estabilidade térmica das proteínas non é constante para todas. Por exemplo, as bacterias hipertermófilas crecen a temperaturas de 122 °C, o cal require que as súas proteínas e complexos proteicos sexan estables a esas altas temperaturas.
Unha proteína completamente desnaturalizada carece de estrutura terciaria e secundaria, e ten o que se chama un enrolamento aleatorio (random coil). En certas condicións algunhas proteínas poden volverse a pregar; pero, en moitos outros casos, a desnaturalización é irreversible. As células ás veces protexen as súas proteínas contra a influencia desnaturalizante da calor con proteínas chamadas chaperonas ou proteínas de choque térmico, que axudan a outras proteínas a pregarse ou a permanecer correctamente pregadas. Algunhas proteínas nunca se pregan nas células a non ser coa asistencia destas chaperonas, as cales illan unha proteína para que o seu pregamento non se vexa interrompido polas interaccións con outras proteínas ou axudan a despregar as proteínas mal pregadas, dándolles unha segunda oportunidade para que se preguen correctamente. Esta función é crucial para impedir a precipitación en agregados amorfos insolubles.
Pregamento incorrecto e doenzas neurodexenerativas As proteínas agregadas están asociadas con enfermidades relacionadas con prións como a enfermidade de Creutzfeldt-Jakob, a encefalopatía esponxiforme bovina (enfermidade das vacas tolas), enfermidades relacionadas con depósitos amiloides como o Alzheimer e a cardiomiopatía amiloide familiar ou a polineuropatía,Hammarstrom, P., et al., Prevention of Transthyretin Amyloid Disease by Changing Protein Misfolding Energetics. Science, 2003. 299(5607): p. 713-716. así como as enfermidades de agregación intracitoplasmática como as enfermidades de Huntington e Parkinson.Chiti, F.; Dobson, C. (2006). "Protein misfolding, functional amyloid, and human disease.". Annual review of biochemistry 75: 333–366. doi:10.1146/annurev.biochem.75.101304.123901. PMID 16756495. Estas enfermidades dexenerativas que aparecen a idades avanzadas están asociadas coa agregación ou incorrecto pregamento de proteínas en agregados insolubles extracelulares e/ou inclusións intracelulares nos que hai fibrilas amiloides de folla beta cruzada. Non está completamente claro se os agregados son a causa ou simplemente a consecuencia da perda da homeostase das proteínas, é dicir, do equilibrio entre a síntese, pregamento, agregación e renovación das proteínas, pero a aprobación recente pola Axencia Europea de Medicinas do uso de Tafamidis ou Vyndaqel (un estabilizador cinético da transtiretina tetramérica) para o tratamento de enfermidades amiloides da transtiretina suxire que é o proceso de formación das fibrilas amiloides e non as fibrilas amiloides por si mesmas o que causa a dexeneración do tecido posmitótico nas doenzas amiloides humanas.Johnson, S.M., et al., Native State Kinetic Stabilization as a Strategy To Ameliorate Protein Misfolding Diseases: A Focus on the Transthyretin Amyloidoses. Acc. Chem. Res., 2005. 38(12): p. 911-921. Cando se produce o incorrecto pregamento e a degradación excesiva en vez do pregamento e función normais orixínanse varias proteopatías como o enfisema asociado a antitripsina, fibrose quística e enfermidades de almacenamento lisosómico, nas que a perda de función é a orixe do trastorno. Aínda que a terapia de substitución de proteínas foi usada historicamente para corrixir estes últimos trastornos, unha aproximación emerxente é o uso de chaperonas farmacéuticas para pregar as proteínas mutadas e facelas funcionais.
Efecto de factores externos sobre o pregamento
Varios factores externos como a temperatura, campos externos (eléctrico, magnético), o ateigamento molecular (molecular crowding), ou a limitación do espazo poden ter unha grande influencia no pregamento das proteínas.
O paradoxo de Levinthal e a cinética