MACROMOLÉCULAS

Ingeniería Bioquímica I

Alejandra Bosch

MACROMOLÉCULAS

bacterias

Células animales

Células vegetales

Macromoléculas en las células

Composición Macromolecular

(1 g de bacteria secaaprox.10 12 células)

Se utilizan habitualmente en los detergentes o polvo para lavar la ropalipasas para sacar manchas de grasasproteasas para sacar manchas de proteínas

Para determinados procesos en los cuales se necesitan temperaturas extremas, se van a emplear enzimas provenientes de organismos extremófilos que pueden actuar a temperaturas

extremas (altas o bajas).

En la industria alimenticiapectinasa empleadas en la etapa final de la fabricación de jugos cuando hay que sacar los restos

de pepitas de frutas antes de la pasteurización, se emplea la enzima que degrada la pectina, el principal componente de la semillas.

Enzimas

Proteínas que tiene la función de catalizadores biológicos

Enzimas de interés biotecnológico

En la industria textil para ablandar telas de algodón (jeans)celulasa degrada la celulosa que es el principal componente de las células vegetales

Mediante un proceso controlado (temperatura, tiempo, cantidad y tipo de celulasa) se logran diferentes texturas de jean.

celulasa para lograr diferentes texturas.

En la industria del papel

Proteínas

Composición

Estructura

Función

1. Son las macromoléculas biológicas más abundantes

2. Se encuentran en todas las células y en todas partes dentro de las células

3. Existen miles de diferentes tipos y tamaños de proteínas

4. Exhiben una gran cantidad de diversidad de funciones

Función biológica de las proteínas

Función Ejemplo

Enzimas Hexoquinasas, isomerasas, hidrolasas

Transporte Ingreso de nutrientes en las bacterias

Contráctiles pilina (cilias y flagelos)

Toxinas Venenos, diftérica

Estructurales Recubrimiento viral, pared celular,

Hormonas crecimiento

•un grupo amino (-NH2)

•un grupo carboxilo (-COOH)

•un átomo de H

• un grupo distintivo R

(cadena lateral)

Unidades estructurales básicas de las proteínas

- aminoácidos

unidos al átomo de carbono

POLARES

NO POLARES

La diferencia entre ellos se basa en tamaño, carga eléctrica, hidrofobicidad

alifáticos

aromáticos

cargadospositivametne

negativamente

•Las proteínas de todos los seres vivientes están constituidas 20 aminoácidos unidos covalentemente en diferentes combinaciones y secuencias.

•Debido a que cada uno de estos aa posee una cadena lateral diferente, con diferentes propiedades químicas, este grupo de 20 moléculas pueden ser consideradas como el ALFABETO con el que se ESCRIBE el lenguaje de las proteínas.

•Gracias a esta variedad las células pueden producir proteínas con propiedades físicas y funcionales totalmente diferentes

Aminoácidos con cadenas laterales alifácasAminoácidos con cadenas laterales alifácas

                                                                                                      

                        

Glicina(Gly, G)

Alanina(Ala, A)

Valina(Val, V)

Leucina(Leu, L)

Isoleucina(Ile, I)

Prolina(Pro, P)

Glicina(Gly, G)

Alanina(Ala, A)

Valina(Val, V)

Leucina(Leu, L)

Isoleucina(Ile, I)

Prolina(Pro, P)

                                                               

Fenilalanina(Phe, F)

Tirosina(Tyr, Y)

Triptofano(Trp, W)

Aminoádos con cadenas laterales aromáticas Aminoádos con cadenas laterales aromáticas

cadenas laterales azufradas

                                     

Cisteína(Cys, C)

Metionina(Met, M)

SHSH

Aminoádos con cadenas laterales cargadas +

                                                                 

Lisina(Lys, K)

Arginina(Arg, R)

Histidina(His, H)

pKa=10.8 pKa=12.5 pKa=6.0

Aminoádos con cadenas laterales cargadas -

Glutamato(Glu, E)

Aspartato(Asp, D)

                                     

http://sebbm.bq.ub.es/BioROM/contenido/av_biomo/Mat2.html

La cisteína, con cadenas laterales azufradas (S), puede oxidarse y formar PUENTES S-S

Estas subunidades unidas por ENLACE AMIDA o ENLACE PEPTÍDICO proveen la estructura de las proteínas

El esqueleto de toda proteína esta constituido por una repetición de

HN-CHN-C-C=O.-C=O. Esta unidad de repetición está enlazada mediante

enlaces peptídicosenlaces peptídicos

Unidos al esqueleto del polipéptidoUnidos al esqueleto del polipéptido encontramos,

hidrógenoshidrógenos del grupo amino, oxígenos del grupo carbonilooxígenos del grupo carbonilo

e hidrógenos y las cadenas lateraleshidrógenos y las cadenas laterales de los carbonos alfa.

Las proteínas son macromoléculas que pueden contener desde 400 hasta 25.000 residuos

PM entre 5.000 y 700.000

Ser Gly

Tyr

Ala

Leu

estructura espacial funciónmutaciones

alteraciones genéticas

La secuencia de aminoácidos de una proteína están determinadas genéticamente

La secuencia de nucleótidos del DNA codifica una

secuencia complementaria de nucleótidos en el RNA

determina la secuencia de aminoácidos de la proteína

dipolo eléctrico posición trans

CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO

carácter de doble enlace

Los 6 átomos están en el mismo plano

Conformación de las proteínas

Todas las proteínas poseen un estado NATIVO, una forma tridimiensional característica conocida como CONFORMACIÓN.

La conformación se puede describir en términos de niveles estructurales

Estructuras 1ria, 2ria, 3ria y 4ria

Ordenamiento tridimensional

Se refiere al ordenamietno del esqueleto covalente de la cadena

polipeptídica,

DADA POR LA SECUENCIA DE aa

Estructuras 1ria

Será la que determine el ordenamiento tridimensional que adoptará la proteína

Diferentes fuerzas intervienen en la estabilización del esqueleto peptídico para alcanzar la conformación tridimensional

Puente de hidrógeno

Interaccines hidrofóbicas

Atracción electroestática

NO COVALENTES

COVALENTES Puentes S-S

Estructuras 2ria, 3ria y 4ria

• - hélice (semejante a un cilindro)

• Hoja - plegada

• Turns (, , )

• Random coil (desordenada)

Diferentes arreglos espaciales o estructuras 2rias

Confromación -hélice

Une C=O del rn

con N-H del rn+4

TODOS LOS RESIDUOS QUEDAN ENLAZADOS por puente de H de la misma

cadena polipeptídica

Confromación hoja plegada

Antiparalela

Paralela

Hoja completamente extendida !

puente de H entre grupos NH y CO de distintas cadenas polipeptídicas

Turns (giros)

1/3 de los aminoácidos se encuentran en turns o loops donde las CADENAS INVIERTEN su dirección

turns

El grupo C=O de un residuo n n enlazado por puente de Hpor puente de H con el grupo NH del residuo (n+3n+3)

proteínas fibrosas

proporcionar soporte mecánico suelen ser insolublesformadas por una unidad repetitiva simple que

se ensambla para formar fibras

Ej: citoesqueleto en células eucariotas

proteínas globulares

Las proteínas pueden clasificarse en dos grandes grupos

proteínas fibrosas

la gran mayoría de las funciones celulares las llevan a cabo proteínas globulares

proteínas globulares

Estructura 3ria

Se refiere al modo en que la cadena polipeptídica se pliega o se curva para

formar la estructura plegada o compacta de las proteínas solubles

Fuerzas que intervienen en la estabilización de la estructura terciaria

Estructura 4ria

Solo la alcanzan las proteínas que poseen más de una cadena polipeptídicamás de una cadena polipeptídica

Pueden intervenir enlaces covalentes y no covalentes

CONFORMACIÓN DE LAS PROTEÍNAS estructura jerárquica

Estructura

1ria

Estructura

2ria

Estructura

3ria

Estructura

4ria

Secuencia de aa del esqueleto del peptídico y S-S

Arreglo / distribución/ordenamiento

del esqueleto y las cadenas laterales de la proteína en el espacio

Describe el ordenamiento tridimensional de las

proteínas

Todos los aminoácidos poseen un grupo ácido y grupo básico ionizables (desaparecerán cuando polimericen para formar

proteínas)

Algunos aminoácidos tienen una

cadena lateral ionizable R (que NO desaparecerán cuando polimericen para formar proteínas)

Las curvas de titulación de los aminoácidos ayudan a comprender su carga en función del pH

PROPIEDADES ÁCIDO-BASE de los aminoácidos

El punto isoeléctrico PI se localiza entre los dos pK que delimitan la zona de pH en que predomina la especie neutra

La hidrofobicidad de los aminoácidos se puede cuantificar mediante experimentos de reparto en fase acuosa y fase orgánica y expresarse en términos de

energía.

Ser Gly

Tyr

Ala

Leu

-COO y –NH están comprometidos en el enlace peptídico

La carga neta e hidrofobicidad de la proteína dependerá de los grupos R

es un cambio estructural de las proteínas pierden su estructura nativa

pierden su óptimo funcionamiento

cambian sus propiedades físico-químicas

DESNATURALIZACIÓN

Pérdida de la estructura cuaternaria, terciariaPérdida de la estructura cuaternaria, terciaria por romperse los puentes que forman dicha estructurapor romperse los puentes que forman dicha estructura

Las proteínas desnaturalizadas tienden a la misma conformación -muy abierta -con una interacción máxima con el disolvente

una proteína soluble desnaturalizada se hace insoluble, precipita

La desnaturalización se puede producir por cambios

temperatura (> 60-70 ºC)variaciones del pH. salinidad

En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.

Pérdida de la estructura nativaPérdida de la estructura nativa

Qué ocurre durante el calentamiento de las proteínas ?

MUCHAS PROTEÍNAS SÓLO RETIENE SUSU ACTIVIDAD BIOLÓGICAACTIVIDAD BIOLÓGICA DENTRO DE UNA

FLUCTUACIÓN LIMITADA DE pH y TEMPERATURA