aminoacidos y proteinas
TRANSCRIPT
AMINOACIDO, PEPTIDOS Y PROTEÍNAS
• Las proteínas son polímeros formados por monómeros
llamados aminoácidos.
• Hay 20 aminoácidos en la naturaleza, que se combinan
para formar miles de proteínas (muchos grupos
funcionales: alcoholes, tioles, carboxiamidas, etc.)
• Son las macromoléculas más versátiles de los seres
vivos.
ESTRUCTURA DE LOS α-AMINOÁCIDOS
Cα (central)
Grupo amino
Grupo carboxilo
Átomo de Hidrógeno
Cadena lateral R
R
α CH
NH2 COOH
AMINOÁCIDOSPRESENTES
EN LASPROTEÍNAS
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002
El más pequeñoFlexibilidad estr. Hidrofobicidad
(interior de prot.)
Dificulta el plegamiento
AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002
AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS
HidrófoboLigeramente hidrófobosInteracciones hidrofóbicas
Puentes de HidrógenoActividad Enzimática
Absorben la luz en el UV (280 nm)“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002
AMINOÁCIDOS CON OH O S
Cadenas débilmente polares (algo hidrófilos)Pueden formar puentes de H con el aguaDos cys pueden formar un puente o enlace disulfuro
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002
AMINOÁCIDOS BÁSICOS
El menos básicoCat. Enzimát. (H+)
Carga + a pH fisiológico
Muy polares, en la superficie de proteínas“Bioquímica” Mathews, van Holde
y Ahern Addison Wesley 2002
AMINOÁCIDOS ÁCIDOS Y SUS AMIDAS
Carga - a pH fisiológico Polares, cadena lateral sin carga
Hidrófilos, en la superficie de proteínas
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002
Aminoácidos Esenciales y no EsencialesAminoácidos Esenciales y no Esenciales
EsencialesEsenciales• ValinaValina• LeucinaLeucina • IsoleusinaIsoleusina• TreoninaTreonina• MetioninaMetionina• FenilalaninaFenilalanina• TriptofanoTriptofano• Arginina Arginina **• Lisina Lisina ****• Histidina Histidina **
* Esencial para los jovenes y todos los animales en crecimiento
** Esencial para los adultos
No esencialesNo esenciales• GlicinaGlicina• AlaninaAlanina• SerinaSerina• CisteinaCisteina• TirosinaTirosina• Ácido AsparticoÁcido Aspartico• Ácido GlutamicoÁcido Glutamico• AsparraginaAsparragina• GlutaminaGlutamina• ProlinaProlina
Ciclo del NitrógenoCiclo del Nitrógeno
Ciclo del nitrógeno
Nitrato NO3
-
Nitrógeno orgánico
+ reducido
+ oxidado
Amonio
Amonificación
Nitrito NO2
Nitrificación por bacterias
Nitrificación por bacterias
NO
N2 Nitrógeno molecular
Desnitrificación por bacterias en ausencia de oxígeno
Fijación de N2
N2 O
ORGANISMOS FIJADORES DE NITRÓGENO
- Cianobacterias o algas verdeazules
- Bacterias libres del suelo
- Bacterias asociadas a raíces de plantas leguminosas
Actinomicetes, hongos asociados con raíces de árboles maderables
Bacterias fijadoras deNitrógeno
Nitrógeno atmosférico
Bacterias
nitrificantes (Nitrobacter)
Bacterias nitrificantes
(Nitrosomonas)
Nitrito
Nitrato
Plantas Superiores
Animales Superiores
Aminoácidos
Amoníaco, urea
Ciclo del Nitrógeno L.G.H.M.
N2
NH3
NO-2
NO-3
Aminoácidos como precursor de Aminoácidos como precursor de compuestos nitrogenadoscompuestos nitrogenados
Proteínas DietéticasProteínas Dietéticas
Proteínas corporalesProteínas corporales Síntesis de aminoácidosSíntesis de aminoácidos no esencialesno esenciales
Reserva de AminoácidosReserva de Aminoácidos
Síntesis de moléculas nitrogenadas de Síntesis de moléculas nitrogenadas de importanciaimportancia
• Porfirinas (compuesto cíclico que atraen iones Porfirinas (compuesto cíclico que atraen iones metálicos) forma el grupo metálicos) forma el grupo Hem Hem que se encuentra en:que se encuentra en:
Hb, Mioglobina, Citocromos y laHb, Mioglobina, Citocromos y laCatalasaCatalasa
• Creatina (gli y arg)Creatina (gli y arg)• Purina y Pirimidina (ácidos nucleicos)Purina y Pirimidina (ácidos nucleicos)• Agentes Neurotransmisores, como:Agentes Neurotransmisores, como:
Dopamina, Norepinefrina, Adrenalina, Dopamina, Norepinefrina, Adrenalina, SerotoninaSerotonina
• MelaminaMelamina
ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOÁCIDOS
ISÓMEROS “Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003
Los aminoáciods son Los aminoáciods son
estructuras tetraédricasestructuras tetraédricas
La estructura tridimensional es de crucial importancia para la función
b) En perspectiva
Representación:
a) Tridimensional
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002
CADENAS LATERALES DE LOS AA
ALIFÁTICOS (Gli, Ala, Val, Leu, Ileu, Pro)
AROMÁTICOS (Phe, Tyr, Trp)
GRUPOS OH, S (Ser, Treo, Cys, Met)
BÁSICOS (His, Arg, Lys)
ÁCIDOS Y SUS AMIDAS (Asp, Glu, Apn, Gln)
AA RAROS
4-hidroxiprolina
δ-hidroxilisina
AA NO PROTEICOS
Ac. γ-aminobutírico
D-Ala, D-Glu
AA NO PROTEICOS
D-Ala, D-Glu
H3N-CH2-CH2-CH2-COO-+
Ac. γ-aminobutírico
( )2
L-Homoserina
L-Ornitina“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
AA MODIFICADOS
OH
4-OH prolina
OH
δ-hidroxilisina
• Fosforilación• Carboxilación• Hidroxilación• Metilación• Acetilación
(Voet)
MODIFICACIONES DE LAS CADENAS LATERALES DE AA
Algunos aminoácidos modificados postraduccionalmenteAlgunos aminoácidos modificados postraduccionalmente
AMINOÁCIDOS QUE NO ESTÁN EN PROTEÍNAS
PROPIEDADES IÓNICAS DE LOS AA (comportamiento ácido-base)
• CURVAS DE TITULACIÓN
• PUNTO ISOELÉCTRICO
CURVAS DE TITULACIÓN
Gli
Curva de titulación del Glu
Curva de titulación de la His
Los procesos bioquímicos se producen in vivo, en el margen de pH fisiológico próximo a 7
pKa de los grupos carboxilo ≈ 2 (a pH 7 ha perdido el protón)
pKa de los grupos amino ≈ 10 (a pH 7 está protonado)
“Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003
SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE AMINOACIDOS Y SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE AMINOACIDOS Y PROTEÍNASPROTEÍNAS
Se basa en la diferente:Se basa en la diferente:
• SolubilidadSolubilidad
• TamañoTamaño
• Carga eléctricaCarga eléctrica
• DensidadDensidad
• Afinidad por otras moléculasAfinidad por otras moléculas
SEPARACIÓN DE PROTEÍNAS
CROMATOGRAFÍA EN COLUMNALas diferentes proteínas se retrasan según sus interacciones con la matriz, de acuerdo a su carga, hidrofobicidad, tamaño o unión a grupos químicos Muestra
aplicada
El solvente se aplica contínuamente a la boca de la columna
Matrizsólida
Tapón poroso
Tubo deensayo
tiempo
Moléculas fraccionadas eluídas y recogidas
http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cellBreak1.html
TRES CLASES DE CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA
A) Intercambio iónico:en base a la cargaDepende del pH yde la fuerza iónica
B) Filtración en gel:en base al tamaño
C) de Afinidad:
Flujo de solvente
Partícula cargada positivamente
Molécula cargada negativamente unidaMolécula cargada positivamente libre
Flujo de solvente
Partículas porosas
Molécula pequeña retrasadaMolécula grande no retrasada
Flujo de solvente
Partícula con sustrato unido covalentemente
Molécula de enzima unida
Otras proteínas pasan de largo
http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cellBreak1.html
A: CROMATOGRAFÍA DE INTERCAMBIO IÓNICO(Ej: intercambio catiónico)
Las proteínas se separan según su carga a un pH determinado
B: CROMATOGRAFÍA DE FILTRACIÓN O EXCLUSIÓN MOLECULAR
Las proteínas se separan según su tamaño
ELECTROFORESIS EN ACETATO DE CELULOSA
ELECTROFORESIS EN GEL
ELECTROFORESIS EN GEL:Tras aplicar un campo eléctrico las proteínas migran en función del tamaño y de la carga
(solubiliza proteínas)
Electroforesis en SDS-PAGE
http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cellBreak1.html
Determinación de la masa molecular de una Determinación de la masa molecular de una proteína por la técnica del SDS-PAGEproteína por la técnica del SDS-PAGE
PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO
Los péptidos se forman por la unión de los aminoácidosmediante enlaces covalentes de tipo amida llamados enlaces peptídicos
OLIGOPÉPTIDOS (<20 aa)
POLIPÉPTIDOS (20-50 aa)
PROTEÍNAS (>50 aa)
ESTRUCTURA DEL ENLACE PEPTÍDICO
El enlace peptídico tiene algunas propiedades muy
importantes para la estructura de las proteínas
• Más rígido y corto que un enlace C-N simple
• Los átomos que participan (O, C, N, H) son coplanares
• El grupo de átomos alrededor del enlace peptídico puede
darse en dos configuraciones posibles: trans y cis
• Carácter parcial de doble enlace:
Se le puede considerar un híbrido de resonancia
No se permite giro alrededor del enlace -C-N-
Carácter parcial de doble enlaceCarácter parcial de doble enlace
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
Átomos coplanaresÁtomos coplanares
Carácter parcial de doble enlace
TETRAPÉPTIDO
Enlaces peptídico Enlaces peptídico
LIBRE ROTACION EN TORNO AL CARBONO LIBRE ROTACION EN TORNO AL CARBONO αα
HIDRÓLISIS DE LOS ENLACES PEPTÍDICOS
Calentando a ebullición (110ºC) en medio ácido (HCl 6M) o base fuerte
Hidrólisis específicaQuímica: BrC=N (-Met-CO-)
Enzimática (Proteasas):Tripsina (-Arg -CO- , -Lys-CO-)Quimotripsina (-aa hidrófobos-CO-)Carboxipeptidasa A (libera el aa C-terminal)
Todas estas enzimas son muy útiles en investigación bioquímica para la fragmentación controlada de polipéptidos
PÉPTIDOS CON ACTIVIDAD BIOLÓGICA
HORMONAS: Insulina y glucagón (metab. de la glucosa)
ANTIBIÓTICOS: Gramicidina S
VENENOS: α-amanitina
NEUROPÉPTIDOS: Encefalinas
ANTIOXIDANTE: Glutation (γ-glutamil-cisteinil-glicina)
INSULINA
GLUTATION
L-Leu D-Phe
L-Orn L-Pro
L-Pro L-Val
D-Phe L-Orn L-Leu
Gramicidina S
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Met-encefalina
Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Leu-encefalina
Péptidos No ProteicosPéptidos No Proteicos
• Carnosina, Carnosina, ββ- alanilhistidina- alanilhistidina y Anserina, y Anserina, ββ- alanil-N-metilhistidina- alanil-N-metilhistidina
Dipéptido presentes en los tejidos Dipéptido presentes en los tejidos musculares de los vertebrados.Participan musculares de los vertebrados.Participan en el amortiguamiento del pH en las en el amortiguamiento del pH en las células musculares.células musculares.
• Glutatión, Glutatión, gama-glutamilcisteinilglicinagama-glutamilcisteinilglicina Presente en todos los organismos. Es el Presente en todos los organismos. Es el péptido simple más abundante en los sistemas péptido simple más abundante en los sistemas biológicos. Funciones:biológicos. Funciones:
Esencial en el hombre para la activación de Esencial en el hombre para la activación de varias varias enzimas y de la insulina.enzimas y de la insulina.
Ayuda a mantener la integridad y funcionalidad de Ayuda a mantener la integridad y funcionalidad de los eritrocitos.los eritrocitos.
Participa en el transporte de AA a través de Participa en el transporte de AA a través de las las membranas celulares.membranas celulares.
Participa en el mantenimiento del estado de Participa en el mantenimiento del estado de oxidación del Fe en la Hg.oxidación del Fe en la Hg.
Actúa como un agente antioxidante.Actúa como un agente antioxidante.
• Gramicidina SGramicidina S• Penicilina bencílicaPenicilina bencílica• Aspartame Aspartame
Dipéptido sintético con propiedades EdulcoranteDipéptido sintético con propiedades Edulcorante
Péptidos ProteicosPéptidos Proteicos
• BradicinaBradicina (nonapéptido) (nonapéptido) y y CalidinaCalidina (decapéptido)(decapéptido)
Agentes hipotensores liberados de proteínas plasmáticas Agentes hipotensores liberados de proteínas plasmáticas específicas y actúan sobre el músculo liso.específicas y actúan sobre el músculo liso.
• Oxitocina y VasopresinaOxitocina y Vasopresina (dos nonapéptidos cíclicos)(dos nonapéptidos cíclicos)
Secretados como hormonas por la pituitaria.Secretados como hormonas por la pituitaria.
La La OxitocinaOxitocina estimula la contracción del músculo uterino en las estimula la contracción del músculo uterino en las mujeres embarazadas y la contracción de los músculos lisos de mujeres embarazadas y la contracción de los músculos lisos de las glándulas mamarias.las glándulas mamarias.
La La VasopresinaVasopresina estimula la constrición de los vasos sanguíneos, estimula la constrición de los vasos sanguíneos, aumenta la presión sanguínea, y tiene un efecto antidiurético al aumenta la presión sanguínea, y tiene un efecto antidiurético al estimular la reabsorción de agua en los riñones. Se le conoce estimular la reabsorción de agua en los riñones. Se le conoce como la como la Hormona antidiurética.Hormona antidiurética.
• Angiotesina I Angiotesina I un decapéptidoun decapéptido que se deriva del extremo N que se deriva del extremo N terminal de una terminal de una αα-globulina específica del plasma producida -globulina específica del plasma producida en el hígado y conocida como el sustrato de la renina. La en el hígado y conocida como el sustrato de la renina. La renina es una enzima protoelítica producida en el riñon y renina es una enzima protoelítica producida en el riñon y secretada al plasma.secretada al plasma.
• Angiotesina IIAngiotesina II un octapéptido un octapéptido con una mayor actividad con una mayor actividad vasopresora.vasopresora.Ambos péptidos elevan la presión sanguínea por su potente Ambos péptidos elevan la presión sanguínea por su potente actividad vasoconstrictora. actividad vasoconstrictora.
αα-globulina plasmática-globulina plasmática↓ ↓ ReninaRenina
Angiotesina I Angiotesina I (decapéptido)(decapéptido) ↓ ↓ Enzima ConvertidoraEnzima Convertidora Angiotesina II Angiotesina II (octapéptido)(octapéptido)
Péptidos Neurotransmisores u opiáceos Péptidos Neurotransmisores u opiáceos tienen efectos tienen efectos analgésicos que mimetiza el efecto de la morfina y analgésicos que mimetiza el efecto de la morfina y otros derivados del opio.otros derivados del opio.
• Leu-encefalina y Met-encefalina Leu-encefalina y Met-encefalina pentapéptidospentapéptidos• Dinorfinas Dinorfinas con 13 residuos de AAcon 13 residuos de AA• Endorfinas (Endorfinas (αα, , ββ y y γγ))
La secuencia de AA de las tres endorfinas y de la La secuencia de AA de las tres endorfinas y de la met-encefalina están presentes en la región del met-encefalina están presentes en la región del extremo C terminal, del residuo 61 al 91, de la extremo C terminal, del residuo 61 al 91, de la ββ-Lipotropina, -Lipotropina, una hormona que estimula la una hormona que estimula la liberación de ácidos grasos del tejido adiposo.liberación de ácidos grasos del tejido adiposo.
CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNASCLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS• Se basa en cuatro criterios:Se basa en cuatro criterios:
• Químico (composición)Químico (composición)• SimplesSimples• Conjugadas Conjugadas
(holoproteína = apoproteína + grupo prostético) (holoproteína = apoproteína + grupo prostético)
- Glico-, lipo-, nucleoproteínas- Glico-, lipo-, nucleoproteínas- metalo-, hemo-, flavo-proteínas- metalo-, hemo-, flavo-proteínas
• Estructural (forma)Estructural (forma)• GlobularesGlobulares• Fibrosas Fibrosas
• FunciónFunción • FísicoFísico (solubilidad)(solubilidad)
CLASIFICACIÓN EN BASE A LA FUNCIÓN BIOLÓGICA
• Proteína catalíticas: Proteína catalíticas: EnzimasEnzimas• Proteínas almacenadoras: Proteínas almacenadoras: Caseína, reserva AA, Ca y Caseína, reserva AA, Ca y
P. Ovoalbúmina, reserva AA para el embrión. P. Ovoalbúmina, reserva AA para el embrión. Ferritina, almacena Fe en el bazo y el hígado. Ferritina, almacena Fe en el bazo y el hígado.
• Proteínas de transporte: Proteínas de transporte: Hb, transporta O2. Hb, transporta O2. Sueroalbúmina, transporta ácidos grasos.Sueroalbúmina, transporta ácidos grasos.
• Proteínas contráctiles: Proteínas contráctiles: Miosina y Actina que Miosina y Actina que participan en la contracción muscular.participan en la contracción muscular.
• Proteínas de defensa: Proteínas de defensa: Anticuerpos, Interferones.Anticuerpos, Interferones.• Proteína reguladoras: Proteína reguladoras: Insulina, Somatotropina, la Insulina, Somatotropina, la
hormona del crecimiento.hormona del crecimiento.
• Proteínas estructurales: Proteínas estructurales: αα-Queratina presente en la -Queratina presente en la piel, cabello, uñas, plumas, etc. Colágeno presente en piel, cabello, uñas, plumas, etc. Colágeno presente en tendones, tejidos conectivos, cartílagos y matriz ósea. tendones, tejidos conectivos, cartílagos y matriz ósea. Elastina presente en tejidos conjuntivos.Elastina presente en tejidos conjuntivos.
• Proteínas respiratorias o de transferencia de Proteínas respiratorias o de transferencia de electrones.electrones. Citocromos que forman parte de la cadena Citocromos que forman parte de la cadena de transporte electrónico.de transporte electrónico.
• Proteínas de la visión: Proteínas de la visión: Rodopsina sensible a la luz y Rodopsina sensible a la luz y participa en los fenómenos moleculares asociados con participa en los fenómenos moleculares asociados con el proceso de la visón.el proceso de la visón.
• Proteína tóxicas o toxinas:Proteína tóxicas o toxinas:
Clases de proteínas en función de su Clases de proteínas en función de su estructuraestructura
FIBROSAS:FIBROSAS:Forman largos filamentos u hojasForman largos filamentos u hojasPoseen un solo tipo de estructuraPoseen un solo tipo de estructura secundaria (laminar ó helicoidal)secundaria (laminar ó helicoidal)
GLOBULARES:GLOBULARES:Se pliegan en forma esférica o globularSe pliegan en forma esférica o globularPoseen varios tipos de estructura secundariaPoseen varios tipos de estructura secundariaSuelen presentar otro tipo de estructuraSuelen presentar otro tipo de estructura secundaria (codos o giros secundaria (codos o giros ββ ))
PROTEÍNAS FIBROSAS
Tienen forma filamentosa o alargada
Su función es estructural:• Mantienen unidos diferentes elementos celulares o de tejidos animales.• Son las principales proteínas de la piel, tejido conjuntivo, y de las fibras animales (pelo, seda)
Confieren fuerza y/o elasticidad
Son insolubles en agua (predominan aa hidrófobos)
LAS PROTEÍNAS POSEEN 4 NIVELES DE ORGANIZACIÓN
ESTRUCTURAL:
PRIMARIA: Secuencia de aminoácidos. Enlaces covalentes (enlaces peptídicos y localización de puentes disulfuro)
SECUNDARIA: Plegado local (no incluye cadenas laterales)
TERCIARIA: Plegado global
CUATERNARIA: Asociación de cadenas
2 NIVELES ESTRUCTURALES ADICIONALES:
ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIA
DOMINIO
ESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICAESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICA
• No todas las proteínas contienen los 20AA naturales. La No todas las proteínas contienen los 20AA naturales. La Ribonucleas no contiene Trp, el Colágeno carece de varios AA.Ribonucleas no contiene Trp, el Colágeno carece de varios AA.
• Algunos AA están presentes en las proteínas con menor Algunos AA están presentes en las proteínas con menor frecuencia que otros, caso del Trp, His y Met.frecuencia que otros, caso del Trp, His y Met.
• En la mayoría de las proteínas del 30 al 40% de los residuos En la mayoría de las proteínas del 30 al 40% de los residuos son AA con grupos R no polares. Las proteínas de membrana son AA con grupos R no polares. Las proteínas de membrana tienen un contenido aun mayor de AA no polares.tienen un contenido aun mayor de AA no polares.
• Las proteínas básicas, Histonas, tienen carga + a pH 7, Las proteínas básicas, Histonas, tienen carga + a pH 7, mientras que las proteínas ácidas, Pepsina, tienen carga – a pH 7.mientras que las proteínas ácidas, Pepsina, tienen carga – a pH 7.
• Las proteínas animales son de mayor valor nutritivo, tienen Las proteínas animales son de mayor valor nutritivo, tienen proporciones adecuadas de los AA esenciales.proporciones adecuadas de los AA esenciales.
ESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICAESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICA
• Las proteínas son polipéptidos con una Las proteínas son polipéptidos con una secuencia secuencia única de aminoácidos definida genéticamenteúnica de aminoácidos definida genéticamente
• Los enlaces covalentes que se encuentran entre los Los enlaces covalentes que se encuentran entre los residuos de AA son enlaces peptídico y puentes de residuos de AA son enlaces peptídico y puentes de disulfuro.disulfuro.
• La La estructura primariaestructura primaria determina los otros niveles determina los otros niveles estructurales y la función biológica de las proteínas.estructurales y la función biológica de las proteínas.
• La secuencia de una proteína es similar entre especies La secuencia de una proteína es similar entre especies pero pero no es idénticano es idéntica
Variación en la Secuencia de aminoácidos en una Variación en la Secuencia de aminoácidos en una
proteínaproteína
CONFORMACIÓN PROTEICA:DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS ÁTOMOS DE UNA
PROTEÍNA
LA INFORMACIÓN QUE CONTIENE LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS DICTA EL MODO EN QUE LA PROTEÍNA SE PLIEGA EN SU ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL, LA CUAL A
SU VEZ DETERMINA LA FUNCIÓN DE LA PROTEÍNA
La cadena de aminoácidos se encuentra parcialmente enrollada en regiones de estructura regular. A este plegado regular local se denomina ESTRUCTURA SECUNDARIA
Estas regiones se pliegan a su vez formando una estructura compacta específica. Este nivel superior de plegado es la ESTRUCTURA TERCIARIA
ESTRUCTURAS SECUNDARIAS REGULARES
• Diferentes tipos de
hélices (Hélice α) Fi (θ) C-N = - 57º
Psi (ψ) C-C = - 47º
• Dos tipos de lámina
plegada (Lámina β) Fi (θ) C-N = - 119º, -139º
Psi (ψ) C-C = 113º, 135º
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
DISPOSICIÓN EN HÉLICE-α
• El esqueleto polipeptídico se encuentra enrollado alrededor del eje longitudinal de la molécula
• Los grupos R de los aminoácidos sobresalen hacia el exterior
• Es dextrógira
• Tiene 3,6 residuos/vuelta• Tiene 1,5 Amstrong (0,15 nm) entre vuelta y vuelta
“Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003
ESTABILIZACIÓN DE LA HÉLICE-α • Enlaces de hidrógeno paralelos al eje: entre el O del carbonilo (C=O) y el H de la amida (NH) del 4º residuo hacia adelante de la hélice
• Interacciones entre cadenas lateralesEstabilizan:
• Q+ próximas (3 residuos) a Q-
• Aminoácidos aromáticos próximos (3-4)• Aminoácidos pequeños ó sin carga (Ala, Leu)
Desestabilizan:• Grupos R voluminosos• Secuencias con densidad de carga del mismo
signo• Prolina (es rara)
DISPOSICIÓN EN LÁMINA PLEGADA β U HOJA β
El esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra extendido y dispuesto en zig-zag
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
FUERZAS QUE LA ESTABILIZAN
Puentes de hidrógeno intercatenarios entre cadenas distintas o regiones alejadas de una misma cadena que se pliega
Se establecen de forma perpendicular al eje de la cadena
Las cadenas implicadas forman una hoja o plano plegado como un acordeón
Los grupos R de los aminoácidos sobresalen de la estructura en direcciones opuestas, alternando arriba y abajo
AMINOÁCIDOS QUE FAVORECEN LAS ESTRUCTURAS β
Secuencias con restos poco voluminosos (Gly, Ala)
TIPOS DE LÁMINA β
PARALELAS: las cadenas están en el mismo sentido
ANTIPARALELAS: las cadenas están en sentido inverso
• Principal constituyente del tejido conjuntivo• Principal proteína estructural del reino animal (presente en tendones, cartílagos, matriz orgánica de los huesos y córnea del ojo)• Forma aprox. un 30% de la proteína total del cuerpo• Poco valor alimenticio
2. COLÁGENO
ESTRUCTURA:•Tiene 3,3 residuos/vuelta (muy extendida):
Gly 33%Ala 11%Pro e Hyp 21% Hidroxi-Lys en menor proporción (lugar de unión a polisacáridos)
• Fragmentos comunes: Gly-Pro-Hyp Gly-X-Pro Gly-X-Hyp• Hélice simple y única• Es levógira
ESTRUCTURA DE LAS FIBRAS DE COLÁGENO
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
Repulsiones entrePro e OH-Pro
Enlaces cruzados (Lys-OHLys)(Lys-Lys) Dan dureza
Puentes de Hintercatenares
ESTABILIZADA POR:Tropocolágeno
Estructuras secundarias y propiedades de proteínas Estructuras secundarias y propiedades de proteínas fibrosasfibrosas
Estructura Estructura CaracterísticasCaracterísticas Ejemplos de ocurrenciaEjemplos de ocurrencia
α α hélice, entrecruzadahélice, entrecruzada Rígido, estructurasRígido, estructuras αα queratina del pelo, queratina del pelo, plumasplumaspor puentes disulfuropor puentes disulfuro protectoras insolublesprotectoras insolubles uñasuñas
de dureza y flexibilidadde dureza y flexibilidadvariablesvariables
Conformación Conformación ββFilamentos suaves y Filamentos suaves y Fibroína de la sedaFibroína de la sedaflexiblesflexibles
Colágeno héliceColágeno hélice Resistencia a la altaResistencia a la alta Colágeno de los tendones,Colágeno de los tendones,tripletriple tensión, sin estiramientotensión, sin estiramiento matriz de los huesos.matriz de los huesos.
Las proteínas fibrosas son insolubles en agua.Las proteínas fibrosas son insolubles en agua.
ESTRUCTURA TERCIARIA: PROTEÍNAS GLOBULARES
Las proteínas globulares realizan la mayoría del trabajo químico de la célula (síntesis, transporte, metabólico, etc.)
Gracias a la técnica de difracción de rayos X se conocen muchos detalles estructurales de estas proteínas:
• Poseen regiones con estructuras secundarias (hélice α, lámina β) (mioglobina 70% de hélice α)
• Estas regiones se pliegan unas sobre otras dando una estructura terciaria densamente empaquetada de aspecto globular
• Pueden quedar huecos internos en donde se sitúan grupos prostéticos (Ej. Grupo hemo en la mioglobina)
ESTRUCTURA TERCIARIA
Se debe a la formación de enlaces débiles entre grupos de las cadenas laterales de los aminoácidos
ESTRUCTURAS CARACTERÍSTICAS DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES
PLEGAMIENTO O ENSAMBLAMIENTO DE PROTEÍNAS
1. AutoensamblamientoLa proteína se pliega sin ninguna otra ayuda
2. Ensamblamiento dirigidoLa proteína se pliega gracias a la acción deotras proteínas
Una proteína recién sintetizada posee solamentesu estructura primaria. Para que sea plenamentefuncional ha de plegarse correctamente en unaforma tridimensional única.
FACTORES QUE DETERMINAN EL PLEGADO DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES
La secuencia de aminoácidos de una proteína determina su estructura tridimensional nativa o natural
El plegado de una proteína está favorecido energéticamente en condiciones fisiológicas (∆G<0)
Una proteína tiende a plegarse de modo cooperativo, mediante interacciones que se forman o rompen de manera concertada
In vivo, el plegado ocurre a veces con ayuda de otras proteínas denominadas chaperoninas:
• Ayudan a plegarse• Impiden que se plieguen o asocien prematuramente
Los defectos en el plegamiento de proteínas pueden ser fatales.Los defectos en el plegamiento de proteínas pueden ser fatales.
Ej: La enfermedad de losEj: La enfermedad de los priones (Enfermedad de las vacas locas en(Enfermedad de las vacas locas enbovinos y Creutzfeldt-Jakob en humanos). En general, se trata debovinos y Creutzfeldt-Jakob en humanos). En general, se trata deencefalopatías enpongiformes.
Son causadas por la proteína prion.Son causadas por la proteína prion.
FUNCIÓN Y EVOLUCIÓN DE LAS PROTEÍNAS:MIOGLOBINA Y GRUPO HEMO
MIOGLOBINA: proteína que almacena oxígeno en el músculo rojo en prácticamente todas las especies
ESTRUCTURA: • Posee una cadena polipeptídica única• Contiene 8 segmentos con estructura secundaria de
hélice α (nombrados de la A a la H), separados por
segmentos no helicoidales.• Se pliega dando una molécula prácticamente esférica
muy compacta con un hueco en el interior donde se sitúa
el grupo prostético hemo, lugar de unión al oxígeno• El hemo se une de forma no covalente en la hendidura
hidrofóbica o bolsillo hemo.
COORDINACIÓN DEL HIERRO EN LA OXIMIOGLOBINA
Coordinación octaédrica del átomo de hierro
Bolsillo del hemo
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES
Determinados cambios ambientales producen la desnaturalización ó desplegado de la proteína, con pérdida
de sus propiedades específicas.
FACTORES QUE INFLUYEN:• Calentamiento por encima de su temperatura de
desnaturalización térmica• pH fuertemente ácido ó básico• Presencia de alcohol ó urea
RENATURALIZACIÓN: Restaurando las condiciones fisiológicas se revierte el proceso
DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
Consiste en la pérdida de todas las estructuras deorden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria)quedando la proteína reducida a un polímero estadístico.
Consecuencias inmediatas son:
- Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación
- Pérdida de todas sus funciones biológicas
- Alteración de sus propiedades hidrodinámicas
DESNATURALIZACIÓN TÉRMICA DE LA RIBONUCLEASA
“Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003
Desnaturalización
Renaturalización
Molécula nativa Molécula desnaturalizada
ESTRUCTURA CUATERNARIA
Unión de varias cadenas polipeptídicas (subunidades ó monómeros)
Especialmente enlaces débiles
La proteína completa se llama oligomérica ó polimérica
Posibilita la existencia de fenómenos de cooperatividad y alosterismo
LA HEMOGLOBINA
Se encuentra en células especializadas, los eritrocitos
Une oxígeno en los pulmones y lo transporta, vía sangre arterial, a los tejidos donde lo libera
Además, une CO2 procedente del metabolismo en los tejidos, y lo transporta, vía sangre venosa, a los pulmones para ser eliminado
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
ESTRUCTURA DE LA HEMOGLOBINA (Hb)
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
Tetrámero (α ,β)2 cuyas subunidades son similares a la Mb
TRANSPORTE DE OXÍGENO POR LA HEMOGLOBINA
La Hb capta oxígeno cuando es abundante (pulmones PO2 100 mm Hg) y lo cede cuando disminuye (capilares PO2 30 mm Hg)La curva de unión del oxígeno a la Hb es SIGMOIDEA:
Este comportamiento se debe a fenómenos de COOPERATIVIDAD en la unión de oxígeno. Cada molécula de Hb tiene 4 lugares de unión de O2. La unión del primer O2 produce un cambio conformacional en la molécula, lo que facilita la unión de los siguientes y viceversa
PO2 en los tejidos
PO2 en los pulmones
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
FENÓMENOS DE COOPERATIVIDAD
En el tetrámero de Hb (αβ)2, las cadenas α /β establecen interacciones fuertes.
Al pasar del estado desoxigenado al oxigenado se produce un cambio estructural que afecta, sobre todo, a la interacción entre subunidades (estructura cuaternaria). Un par α /β rota y se desliza respecto al otro
En menor medida cambia la estructura terciaria de cada subunidad
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
CAMBIOS ESTRUCTURALES QUE ACOMPAÑAN A LA UNIÓN DEL OXÍGENO
El paso de la forma desoxigenada a la oxigenada explica la unión cooperativa del oxígeno:
1. Se rompen una serie de puentes salinos y enlaces de hidrógeno que afectan a los C-terminales
2. Se crean otros enlaces dando lugar a la conformación más laxa llamada forma relajada (R)
Por tanto, la entrada del primer O2 es más difícil porque han de romperse enlaces iónicos entre subunidades. El resto de las moléculas de O2 encuentran los enlaces rotos y la situación espacial es más favorable
Cuando sale el O2 la Hb vuelve a su conformación desoxi o forma tensa (T) restableciéndose los puentes salinos)
¿CÓMO SE COMUNICA LA ENERGÍA DE LA UNIÓN DE O2
AL CAMBIO CONFORMACIONAL
Existe un reordenamiento de la estructura terciaria y también de la cuaternaria
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
EFECTOS ALOSTÉRICOS DE OTROS LIGANDOS SOBRE LA Hb
La Hb es una proteína alostérica (=otro sitio), es decir, su afinidad por el O2 se altera por determinados efectores que no actúan directamente sobre el grupo hemo sino que interaccionan en otro lugar de la proteína
EFECTORES ALOSTÉRICOS: 1. CO2
2. H+
3. 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG)
Todos ellos disminuyen la afinidad de la Hb por el O2 (desplazan las curvas de saturación hacia la derecha)
LA Hb RESPONDE A LOS CAMBIOS DE pH MEDIANTE EL EFECTO BOHR
Hb 4O2 + nH+ Hb nH+ + 4O2
En los capilares: hacia la derecha (liberación de O2)En los pulmones: hacia la izquierda (liberación de H+ y, como consecuencia, de CO2)
Este mecanismo puede explicarse porque los sitios de unión de H+ presentan más afinidad en la forma desoxiHb que en la oxiHb
El aumento de H+ ( pH) es una señal de la demanda de O2
y reduce la afinidad de la Hb por el O2
• Además de la liberación de CO2 por los tejidos que respiran, la falta de O2 (músculo en ejercicio) puede dar lugar a la formación anaerobia de ácido láctico que también reduce el pH
BISFOSFOGLICERATO (BPG)
El CO2 y la [H+] actúan de forma rápida para facilitar el intercambio de O2 y CO2
El BPG es un efector que actúa a más largo plazo, permitiendo la adaptación a cambios graduales de la disponibilidad de O2.
El BPG reduce la afinidad de la Hb por el O2:
• Se une a la Hb en una cavidad existente entre las
cadenas β, donde establece interacciones con los grupos
(+) que rodean esta cavidad• En la forma oxiHb la cavidad es pequeña y no puede
unirse el BPG• En la forma desoxiHb se une estabilizando esta
conformación.
Unión del 2,3-BPG a la desoxihemoglobina
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002