4 Protenas.Profesor:Jos Manuel Cuezva; C-X 101. Sustituto Jos Mara Izquierdo.Introduccin.

Las protenas son las molculas que hacen el ser, entendido en el sentido de que son el fenotipo, que es lo que caracteriza externamente a un individuo. Estructuralmente son polmeros formados por la unin de los monmeros llamados aminocidos, cada uno con una estructura como la que aparece a la izquierda, es decir, tienen una funcin cida y una bsica como su nombre indica. En estas molculas, como en los azcares, se puede apreciar un centro de asimetra en el carbono (el C2, despus del carbono carboxlico), pero la diferencia es que en los aminocidos la familia ms numerosa es la L. Se cuentan veinte aminocidos proteinogenticos, cada uno de los cuales tiene una cadena lateral R distinta, y se unen entre s formando pptidos mediante enlaces amida, por lo que el enlace se llama peptdico. Las protenas son en realidad pptidos con un elevado nmero de restos (as se llama a cada monmero que forma parte de una cadena), y pueden actuar solas o combinadas para realizar la funcin propia de cada una de ellas, desde la visin (opsina) hasta la defensa del organismo (anticuerpos), pasando por la contraccin muscular (miosina y actina), la formacin de estructuras de soporte (citoesqueleto) y la catlisis a modo de enzimas como funcin ms representativa (pero ya sabemos que hay molculas de ARN capaces de catalizar determinadas reacciones, que son las ribozimas).Las vas de la informacin.Las protenas son molculas informativas porque son una copia codificada de la informacin contenida en el ADN. Si observamos el mecanismo de sntesis se una protena desde que a la clula llega la primera seal correspondiente (una hormona u otra seal de cualquier tipo), ocurre que despus de la cascada de segundos mensajeros y reacciones intermediarias, en el ncleo se activan uno o ms genes mediante la accin de unos determinados factores de transcripcin (recordar que si la hormona es esterodica, el complejo receptor-hormona es ya un factor de transcripcin). Estos factores se unen a los promotores y potenciadores de la expresin del gen en cuestin gracias a unas estructuras especiales en la doble hlice de ADN, y permiten que se sintetice una cadena de ARN mensajero tomando como molde una de las dos hebras del gen. Sin embargo, los genes en el ADN no son continuos, y hay espacios en los que no se dice nada con funcin estructural, as que el ARN recin formado tiene que eliminar esas secuencias, llamadas intrones, para dejar una sola hebra en la que se puedan leer los trozos de gen que tienen sentido estructural (los exones) sin saltos. Se utiliza la palabra leer porque es eso realmente lo que hacen los sistemas de transcripcin, que es el proceso que se acaba de describir: Se comienza a sintetizar el ARN desde un extremo y nucletido a nucletido, reproduciendo fielmente lo que est en el ADN, como quien lee letras una detrs de la otra y las transcribe en un papel, slo que aqu se tienen nicamente cuatro.El ARN recin sintetizado en el ncleo pasa al citoplasma rpidamente para ser traducido, es decir, hay que pasar la informacin contenida en una clave de cuatro letras, que son las bases pricas y pirimidnicas de los cidos nucleicos, a una clave de veinte letras, que son los aminocidos proteinogenticos. La maquinaria enzimtica encargada de la traduccin, que es el nombre que se da al proceso, es el ribosoma. stos son unos enormes complejos nucleoproteicos (compuestos de ARN y protenas) visibles al microscopio electrnico y con categora de orgnulo, generalmente asociados al retculo endoplsmico rugoso o libres en el citoplasma. La traduccin es algo necesariamente rpido porque el ARN es muy inestable, a diferencia del ADN, que es mucho ms estable y adems est protegido por su propia conformacin de doble hlice (en el ARN slo hay una) y por las protenas bsicas presentes en el ncleo, con las que forma complejos. De este modo, ninguna protena podra estar fabricndose de forma constante a partir de slo una molcula de ARN, con lo que se asegura la reversibilidad del proceso. En la traduccin el paso de una base cuatro a una base veinte se permite mediante un cdigo denominado gentico, en el que a cada aminocido le corresponde un conjunto de tres nucletidos. Es decir, el ARN se tiene que leer de tres en tres para poder traducir la informacin contenida en l. Adems de cdigos para cada aminocido, tambin estn codificadas en grupos de tres nucletidos (tripletes) las secuencias de comienzo y final de la traduccin, es decir, no todo el ARN se traduce porque se empieza y se acaba sin llegar a los extremos. Como a cada aminocido le corresponde ms de un triplete, se dice que el cdigo es degenerado. Recientemente se ha descubierto que son veintiuno los aminocidos proteinogenticos, porque se ha incorporado la selenocistena al grupo. sta se incorpora gracias a una modificacin en un ARNt de serina.Forma y estructura.Despus de tener el polmero de aminocidos fabricado, todava tiene que sufrir una serie de modificaciones, tanto espontneas como catalizadas, para poder tomar su forma definitiva, llamada conformacin nativa. Esta ser la nica forma en la que la protena pueda realizar la funcin para la que ha sido diseada, porque es esencial la distribucin espacial de las distintas cadenas R de cada aminocido para que se pueda formar un sitio en el que la catlisis sea posible (ver 1 Introduccin). La forma definitiva de una protena viene codificada en gran parte por la propia secuencia de aminocidos, de tal modo que las interacciones dbiles que se establecen entre los distintos radicales R (fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrgeno, fuerzas inicas e interacciones hidrofbicas) son capaces de obligar a la cadena a formar determinadas estructuras en distintos rdenes de complejidad, llamadas estructuras secundarias, supersecundarias, dominios y estructuras terciarias (la estructura primaria es la propia secuencia de aminocidos). Adquiriendo las distintas estructuras queda entonces la protena como un esqueleto carbonado, que as se llama a la hilera de tomos implicados en los enlaces peptdicos (N-C-C-N-C-C...), del que sobresalen distintos grupos funcionales, que son los que llevan los diferentes grupos R. Con tal diversidad de funciones qumicas de las que echar mano, no es de extraar que las protenas sean las molculas catalticas ms importantes de la vida.Sin embargo el plegamiento no est totalmente determinado por la estructura primaria, sino que hay unas molculas muy pequeas, llamadas chaperoninas (del inglschaperon: carabina, acompaante), que se unen al pptido en formacin y le ayudan a alcanzar su conformacin definitiva; es decir, el plegamiento en el medio celular est asistido.Algunas protenas no tienen suficiente informacin para realizar por s mismas la funcin para la que se han sintetizado, por lo que se unen a molculas pequeas, generalmente vitaminas, que realizan la funcin, generalmente oxidacin y reduccin reversibles, pero dirigidas y modificadas segn la cadena polipeptdica en cuestin. Es decir, hay varias molculas que estn presentes como cofactores en muchas enzimas diferentes, pero que ven modificada su acin por la protena a la que se unan, como si fueran instrumentos tontos que pueden hacer algo, pero que la protena les dice dnde y cmo. Adems la accin de las enzimas puede verse modificada por distintas transformaciones covalentes como la fosforilacin, palmitoilacin, DP-ribosilacin o unin a una cadena terpnica para trasladarla a la membrana desde el citoplasma.Definicin y caractersticas de las protenas.El trmino protena viene del griegoproteios(), que significa el primero, en la preeminencia. Se les dio ese nombre por la creencia generalizada de que tena que haber sido la primero molcula viva sobre la Tierra, dado que su funcin principal y de la que depende toda la vida conocida es la de catalizar las reacciones celulares, incluida la replicacin y la traduccin. Esto en principio plante la cuestin irresoluble de cmo haba sido capaz el ADN de asumir las funciones de transferencia y conservacin de la herencia, siendo una molcula tan montona y simple comparada con las protenas Cuando se descubri la ribozima, la teora vigente hasta la fecha que postulaba que las protenas tenan que haber sido lo primero porque si no, no habra replicacin, se cambi por la teora de el ARN antes, pero sin embargo el nombre de protena ya estaba muy bien asentado. De hecho, sin las protenas no se nos podra reconocer, porque son la expresin de la informacin gentica, es decir, el fenotipo, y son tan importantes que representan el 50% del total del peso seco de una clula.Funciones de las protenas.Como ya se ha dicho, la funcin ms importante de las protenas es la de ejercer como catalizadores biolgicos de las reacciones que se llevan a cabo en la clula (recordar 1 Introduccin). Su eficacia es tal que como media aumentan un milln de veces la velocidad de la reaccin sin catalizar. Otra funcin muy importante es la de actuar como transporte y almacenamiento de iones, como la transferrina de la sangre y la ferritina del hgado. Adems son el soporte y el mecanismo del movimiento coordinado, ya sea macroscpico, como la miosina del msculo, o microscpico, como los filamentos de actina en la locomocin por pseudpodos. Tambin son el soporte para la accin de estos movimientos, tanto dentro como fuera de la clula: el colgeno de la matriz y los microfilamentos del citoesqueleto, respectivamente. Tienen una misin muy importante relacionada con las dos anteriores, que es el desplazamiento de los cromosomas a lo largo del huso acromtico durante la mitosis y la meiosis.Otras funciones desarrolladas por protenas son la transmisin del impulso nervioso (son los receptores de los neurotransmisores en la neurona postsinptica), la regulacin y el control del crecimiento celular mediante receptores y la modulacin de la expresin gnica a cualquier nivel de sntesis o de degradacin. La ltima funcin en esta lista, pero no la menos importante, es la defensa del organismo frente a infecciones, mediada tanto por los anticuerpos como por los receptores de las clulas T. Hay ms funciones desarrolladas por protenas; tantas como sean necesarias para llevar a cabo todas las funciones de un organismo vivo.Estructura qumica de las protenas.Las protenas son polmeros lineales formados por la condensacin de veinte monmeros llamados aminocidos mediante reacciones de condensacin por deshidratacin, como todas las polimerizaciones en la clula. Pueden estar compuestas slo de aminocidos (protenas simples), o bien llevar unido algn grupo no proteico, llamado prosttico, para dar numerosos tipos de protenas conjugadas: nucleoprotenas con cidos nucleicos (ribosoma, histonas), lipoprotenas con lpidos (LDL, HDL), fosfoprotenas con fsforo (casena), metaloprotenas con tomos metlicos (citocromo oxidasa), glucoprotenas con oligosacridos (-globulinas; ver 2 Glcidos). En todos los casos es la protena la que define la utilizacin de cada grupo prosttico, que aunque es indispensable para la funcin que se tiene que llevar a cabo, slo la parte proteica es capaz de utilizar el grupo prosttico como mejor convenga, como si fuera una simple herramienta capaz de ser utilizada de distintos modos segn la mano que la coja. De cualquier modo, todas las protenas simples y las partes no prostticas de las conjugadas muestran una composicin media atmica de 50% C, 23% O, 16% N, 7% H y 3% S.

Aminocidos.

Son los monmeros fundamentales de las protenas. Se conocen veinte aminocidos proteinogenticos, cada uno de los cuales responde a la frmula de la derecha y tienen una cadena lateral R distinta, que es la que define sus propiedades particulares, porque todos responden a la frmula de ser cidos 2-aminocarboxlicos, aunque luego puedan tener otros grupos aadidos en su cadena lateral. Hay una excepcin a l regla comn, que es la prolina, porque ste es un iminocido, en el que el tomo de nitrgeno forma dos enlaces con el esqueleto carbonado de la molcula, resultando un heterociclo de cinco tomos como el de la izquierda. A pH fisiolgico todos los aminocidos estn ionizados tal y como se ha representado en los dibujos, aparte de cmo puedan estar los posibles grupos ionizables en las cadenas R. Esta disposicin de las cargas en los aminocidos los convierte en iones dipolares o zwitteriones, y por su composicin qumica son capaces de actuar como cidos o como bases, es decir, son anfteros. Otra caracterstica comn a todos los aminocidos es que son extremadamente solubles en agua, ms que en ningn disolvente orgnico, y que forman cristales muy duros en solucin pura, con puntos de fusin muy altos en torno a los 400 C, cosa que se explica nicamente gracias a interacciones ms fuertes que las de Van der Waals, como pueden ser las electrostticas proporcionadas por los grupos ionizables.Los aminocidos se unen mediante una reaccin de condensacin entre el grupo carboxilo del primero y el grupo amino del siguiente, que en la clula est catalizada por el ribosoma durante la traduccin. De este modo queda la estructura de la protena como una sucesin de aminocidos, empezando por el que tiene el grupo amino libre y acabando por el que tiene el grupo carboxilo libre, y cada uno de estos aminocidos que forman parte de una protena se llama residuo o resto. Una protena, entendida como un polmero de aminocidos, tambin puede llamarse pptido, polipptido u oligopptido, con lo que el enlace amida que se establece entre los residuos se llama generalmente peptdico. Las caractersticas de este enlace se vern ms adelante. La estructura de las protenas puede entonces verse como una hilera de tomos en la que se repite el motivo N-C-C, llamado esqueleto de la protena, del que salen lateralmente las distintas cadenas R de cada residuo, y que van a ser las que den la funcionalidad a la molcula.Tipos de aminocidos.Hay varios tipos de aminocidos, segn la naturaleza de su cadena lateral R.Aminocidos no polares.Cdigo de tres letras.Cdigo de una letra.Cadena lateral.Observaciones.

Alanina.AlaA-CH3Puede encontrarse tanto en el interior como en el exterior de las protenas, dado su pequeo tamao. Es prcticamente inerte y es el aminocido ms abundante.

Valina.ValVSuelen encontrarse en el interior de las protenas porque son ms grandes que la alanina. Son inertes pero juegan un papel importante en el plegamiento porque generan interacciones hidrofbicas.

Leucina.LeuL

Isoleucina.IleIIgual que los anteriores, y adems la sustitucin asimtrica en C3 da estereoismeros.

Metionina.MetM-CH2-CH2-S-CH3Es el primero en el ARNm. El azufre puede reaccionar con metales y formar enlaces de coordinacin, aunque es bastante inactivo.

Prolina.ProPEs un iminocido. Su estructura rgida interfiere mucho en el plegamiento de las protenas y obliga a la formacin de los codos . No es reactivo.

Fenilalanina.PheFSus anillos aromticos son extremadamente apolares y estn sepultados en el interior de las protenas. Dado su tamao, sobre todo el triptfano, se usan como espaciadores en la estructura proteica.

Triptfano.TrpW

Aminocidos polares.Cdigo de tres letras.Cdigo de una letra.Cadena lateral.Observaciones.

Glicina.GlyG-HEs el nico que no tiene estereoismeros. Est muy conservado y se puede encontrar en cualquier sitio porque permite todas las conformaciones normales y algunas muy raras. Aunque la cadena es apolar, la molcula entera s es polar, por lo que se incluye aqu.

Serina.SerS-CH2OHPuede formar enlaces de hidrgeno y su fosforilacin regula la actividad enzimtica. El grupo hidroxilo es muy reactivo en ciertos centros activos, pero normalmente se encara al agua para permitir la solubilidad de la protena.

Treonina.ThrT-CHOH-CH3Como la anterior pero no tan reactivo y ms hacia el interior. Tiene estereoismeros adicionales en C3.

Asparagina o asparragina.AsnN-CH2-CO-NH2Aminas derivadas de aminocidos cidos. Tambin forman enlaces de hidrgeno y aumentan la solubilidad.

Glutamina.GlnQCH2-CH2-CO-NH2

Tirosina.TyrYDbilmente cido como el fenol (pKR = 10,46). Se encuentra en centros activos.

Cistena.CysC-CH2-SHEs el aminocido ms reactivo. Forma los puentes disulfuro para estabilizar la estructura de la protena, dando un aminocido doble llamado cistina. Puede ser cido (pKR = 8,37).

Aminocidos cargados.Cdigo de tres letras.Cdigo de una letra.Cadena lateral.Observaciones.Todos se encuentran siempre hacia el exterior de las protenas, porque su carga les impide estar en otro sitio a no ser que se baje la constante dielctrica del medio, como en los centros activos (1 Introduccin).

Lisina.LysK-CH2-CH2-CH2-CH2-+NH3Forma las bases de Schiff (recordar el retinol en 3 Lpidos). El pKR es 10,54.

Arginina.ArgRLa forma desprotonada es una base bastante fuerte (pKR = 12,48). La forma protonada se estabiliza por resonancia como se ve a la izquierda.

Histidina.HisHAminocido raro que se suele encontrar en el centro activo de las enzimas. El anillo de imidazol protonado se estabiliza por resonancia entre las dos formas dibujadas a la izquierda. El pKR es 6,0, con lo que a pH fisiolgico y en solucin acuosa hay 10 veces ms forma desprotonada que protonada, pero en los centros activos puede estar en cualquier forma (ver 1 Introduccin).

cido asprtico.AspD-CH2-COO-Se encuentra en el centro activo de las enzimas ATPasas.

cido glutmico.GluE-CH2-CH2-COO-Tambin se encuentra en algn centro activo.

Son las cadenas laterales las que definen las caractersticas fsicoqumicas de los aminocidos (polaridad, hidrofobicidad, aromaticidad, flexibilidad conformacional), pero sin embargo hay equivalencias a la hora de influir en el plegamiento de las protenas, porque ste es algo ms general y no depende estrictamente de cada uno de los aminocidos de la secuencia, sino del equilibrio de fuerzas existente en el momento de realizarse el plegamiento. Se puede hacer una lista con los aminocidos que son estructuralmente intercambiables: Gly, Ala y Ser.1. Ala y Val.1. Val, Ile, Leu y Met.1. Ile, Leu, Met, Phe, Tyr y Trp.1. Arg, Lys e His.1. Asp, Glu, Asn y Gln.1. Ser, Thr, Asn y Gln.Cada una de estas equivalencias se puede dar en sitios determinados de cada protena, no todas en el mismo sitio, porque entonces casi dara igual qu aminocido hubiera. Aunque haya similitudes de tipo estructural, una mutacin que conduzca a la sustitucin de un aminocido por otro equivalente, slo ser aceptada evolutivamente si permite mantener la funcin para la que est diseada la protena. Por este mecanismo de evitar la seleccin negativa de las mutaciones con analogas estructurales y funcionales, se ha llegado a la evolucin proteica desde un solo precursor primitivo hasta las familias de molculas con funciones iguales o parecidas, pero que no tienen todas la misma secuencia de aminocidos. De este modo actualmente hay una gran diversidad de secuencias aminoacdicas con funciones y estructuras evolutivamente relacionadas, fruto del tiempo y la seleccin natural.Actividadptica e isomera.Todos los aminocidos naturales obtenidos de protenas hidrolizadas, excepto la glicina, tienen actividad ptica. Esto significa que desvan un haz de luz polarizada porque tienen un tomo de carbono, el C, asimtricamente sustituido, es decir, tienen estereoismeros que son imgenes especulares el uno del otro, lo que no pasa con la glicina (recordar 2 Glcidos). La rotacin absoluta que se mide, llamada rotacin especfica, depende de la cadena lateral y del pH.Los aminocidos, a diferencia de los glcidos, son todos compuestos que estructuralmente en la proyeccin de Fischer tienen el grupo amino a la izquierda, es decir, son L-aminocidos, aunque tampoco signifique que todos ellos sean levorrotatorios porque slo se representa la configuracin absoluta. Tambin como en el caso de los azcares, las enzimas son estereoespecficas, no como la sntesis qumica que produce una mezcla equimolar de formas D y L sin actividad ptica, llamada racmica (racemato). Los aminocidos naturales conservan su estereoespecificidad cuando se disuelven en agua, pero se pueden racemizar en presencia de bases muy fuertes, no de cidos, o con cualquier reaccin qumica en la que el carbono asimtrico tenga que pasar por un intermedio simtrico. La configuracin en L se demostr a partir del estudio de cristalografa por rayos X en los aos cuarenta.La treonina y la isoleucina tienen un carbono asimtrico ms, el carbono C, con lo que tienen diastereoismeros como los glcidos. Losdiastereoismerossontodoslos distintos ismeros de molculas conuno o ms carbonos asimtricoso quirales, y su nmero es2n, donde n es el nmero de carbonos asimtricos o centros de asimetra.Ningn diastereoismero se puede superponer a otro. Losepmerossondosdiastereoismeros quedifieren slo en un carbono asimtrico. Losestereoismeros o enantimerossondosdiastereoismeros quedifieren en todos los carbonos asimtricos, de modo que sonimgenes especularesel uno del otro. En la proyeccin de Fischer tanto de la L-isoleucina como de la L-treonina se sitan los grupos hidroxilo y metilo a la derecha de la cadena, no en vano la isoleucina se sintetiza a partir de la treonina. Las especies de la serie L que los llevan a la izquierda forman la familia alo, con lo que hay cuatro tipos de cada aminocido. Por ejemplo:1. L-Thr. -NH3+ a la izquierda, -OH a la derecha.1. L-alo-Thr. -NH3+ a la izquierda, -OH a la izquierda.1. D-Thr. -NH3+ a la derecha, -OH a la izquierda.1. D-alo-Thr. -NH3+ a la derecha, -OH a la derecha.Lo mismo ocurrira para la isoleucina.En condiciones normales de experimentacin a pH 7, 20 C y con la franja D del sodio (ver 2 Glcidos), los aminocidos muestran el siguiente comportamiento ptico:1. Levorrotatorios: Leu, Met, Pro, Phe, Trp, Gly, Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr, Cys e His.1. Dextrorrotatorios: Ala, Val, Ile, Lys, Arg, Asp y Glu.Absorcin electromagntica.La mayora de las sustancias orgnicas, incluyendo los aminocidos, absorben luz de longitudes de onda inferiores a las del ultravioleta, aproximadamente por debajo de 220 nm. Sin embargo, el triptfano, la fenilalanina y la tirosina, todos con grupos bencnicos o derivados, absorben luz ultravioleta en el entorno de los 260 a 280 nm, lo que se puede utilizar para cuantificar de manera aproximada la cantidad de protena de una muestra, porque siempre suelen formar parte de ellas. Adems pueden servir para apreciar cambios conformacionales en protenas que lleven estos aminocidos.Caractersticas cido-base.Todos los aminocidos, cono ya se ha comentado, se encuentran cargados a pH fisiolgico formando iones dipolares, hbridos o zwitteriones, con lo que tienen una muy buena solubilidad en agua y forman cristales a partir de disoluciones acuosas neutras de puntos de fusin muy altos (PF > 200 C), adems de tener constantes dielctricas y momentos dipolares muy grandes. El comportamiento particular de cada aminocido sirve para identificarlos en el laboratorio y eventualmente separarlos por cromatografa de intercambio inico, lo que es un paso necesario para identificar la secuencia de una protena.Por esta capacidad de presentar al menos dos grupos ionizables se pueden comportar como cidos o como bases segn las circunstancias, con lo que se son sustancias anfteras segn la teora de los cidos y bases de Brnsted y Lowry porque pueden tanto aceptar como donar protones. Al valorar un aminocido con sosa, por ejemplo, se obtienen curvas de valoracin en las que se establecen dos o tres equilibrios, segn tenga el aminocido una cadena lateral sin carga o ionizable, respectivamente. En cada caso se consideran como cidos dibsicos o tribsicos, respectivamente. Cada uno de los equilibrios se caracteriza por una constante, cuyo logaritmo negativo es el pK correspondiente. En el entorno de pK 1, el aminocido tiene capacidad tamponante y se puede aplicar la ecuacin de Henderson-Hasselbalch. Otro parmetro caracterstico de los aminocidos es su punto isoelctrico, que es el pH en el que todo l se encuentra sin carga neta, es decir, en forma de zwitterion. Este punto, representado por pI, se halla experimentalmente de la media de los dos equilibrios que dan origen al dicho ion dipolar y se encuentra en el punto de inflexin de la curva de valoracin entre esos dos pK. Estas dos caractersticas se utilizan en el laboratorio para separar aminocidos en cromatografas de intercambio inico.En una protena cada residuo que lleve un grupo ionizable mantiene su pK, con lo que la curva de valoracin de la protena se parecer ms a una pendiente, que variar su inclinacin en funcin de la fuerza inica, pero que siempre pasa por un mismo punto que es el pI de la protena.Aminocidos modificados.Despus de la sntesis enzimtica de la protena, uniendo los aminocidos correspondientes en el ribosoma, se pueden dar modificaciones puntuales de los residuos y producir aminocidos modificados.1. 4-hidroxiprolina: Es muy importante para estabilizar la estructura terciaria y cuaternaria del colgeno, que es la protena mayoritaria de los mamferos. La falta de vitamina C impide la hidroxilacin y se produce la enfermedad llamada escorbuto, que se caracteriza por las hemorragias y prdida de consistencia de los tejidos con cada de dientes y pelo.1. 5-hidroxilisina: Como el anterior.1. -N,N,N-trimetillisina y 3-metilhistidina: Se encuentran en las protenas musculares.1. -N-acetillisina, N-acetilserina, N,N,N-trimetilalanina y -N-metilarginina: Se encuentran en protenas ribosmicas y en las histonas.1. -carboxiglutamato: Interviene en el proceso de coagulacin porque forma parte de la protrombina y su falta puede llagar a provocar hemorragias.1. O-fosfoserina: La serina es el aminocido que ms se fosforila e interviene en el control de la transcripcin.1. N-formilmetionina: Es el primer aminocido que se traduce en todos los ARNm procariticos, donde adems sirve de inicio de del proceso.Aminocidos no proteinogenticos.Se conocen unos 150 derivados de aminocidos, mayoritariamente en plantas y hongos. Sus usos ms importantes son como neurotransmisores, segundos mensajeros, hormonas y antibiticos.1. Glicina, cido -aminobitrico (GABA; descarboxilacin en C de Glu), histamina (descarboxilacin de His) y dopamina (un derivado de Tyr) son neurotransmisores.1. Tiroxina (derivado de Tyr) es la hormona tiroidea T4. Se transporta asociada a albmina y se desyoda mediante desyodasas para formar la hormona T3 ms activa. Regula el metabolismo en general activando determinados genes como factores de trancripcin y adems en otras rutas especficas.1. Citrulina y ornitina (Orn): Son intermediarios en la sntesis de arginina y urea, adems de formar parte de algunos antibiticos.1. Homocistena (como Met sin el metilo final) es intermediario en la sntesis de cistena.1. S-adenosilmetionina: Se utiliza en los eucariotas para aadir las metilaciones en las bases del CAP del ARNm.1. Azaserina y -cianoalanina son antibiticos derivados de la serina y la alanina.1. Colina y etanolamina, que son derivados de la serina, y ella misma son segundos mensajeros (ver 3 Lpidos).Reacciones de los aminocidos.Las reacciones tpicas de los aminocidos son todas las reacciones caractersticas de los grupos que tienen. Se utilizan para identificar los aminocidos en los hidrolizados, hallar la secuencia de una determinada protena, modificar determinados aminocidos para detectar actividades enzimticas y permitir su variacin qumica y para la sntesis qumica de pptidos. Entre ellas se resaltan las ms importantes.Reacciones del grupo carboxilo.Formacin de amidas.Es la reaccin tpica de condensacin enzimtica por deshidratacin, en la que el grupo carboxilo de un aminocido se combina con el grupo amino del siguiente. Este enlace se llama tambin peptdico porque el polmero que se genera, es decir, la protena, tambin puede llamarse polipptido o pptido a secas.Formacin de steres.Reaccin utilizada en la sntesis qumica de protenas para fijar y proteger el carboxilo del ltimo aminocido, con etanol o fenol, y evitar que reaccione. De esto se deduce que la sntesis qumica empieza al revs que la sntesis enzimtica, es decir, se empieza a polimerizar por el extremo C-terminal en lugar de por el extremo N-terminal, que es lo que ocurre en el ribosoma.Tambin se utiliza esta reaccin para fijar una protena a un soporte y luego proceder a su secuenciacin segn el mtodo de la degradacin de Edman.Formacin de haluros de acilo.Reaccin tpica de grupos carboxilo en qumica orgnica, consiste en la sustitucin del hidrgeno cido por un tomo de un elemento halgeno.Reduccin con LiBH4.Los carboxilos se reducen a alcohol primario en medio anhidro y en presencia de borohidruro de litio (LiBH4), que es un compuesto altamente reductor.Reacciones del grupo amino.Acilacin con haluros o anhidros de cidos.Se tratan los aminocidos con haluros o anhidros de cidos, por ejemplo clorocarbonato de bencilo, que genera un carbobenzoxiderivado del aminocido correspondiente. Se utiliza en la proteccin el grupo amino en la sntesis qumica de protenas.Cuando la reaccin se produce en condiciones suaves, como la anterior, se mantiene la estereoqumica del aminocido, es decir, se mantiene el estereoismero, pero si las condiciones son ms drsticas, como por ejemplo con calor, se genera una mezcla racmicaValoracin con ninhidrina.Esta reaccin es la ms utilizada para revelar aminocidos o pptidos en las cromatografas en capa fina. La ninhidrina es el hidrato de tricetohidrindeno, y es un oxidante muy fuerte que provoca la descarboxilacin oxidativa y desaminacin del aminocido, formando el aldehdo correspondiente, CO2, amonio y una forma reducida de la ninhidrina llamada hidrindantina. En la segunda fase este derivado vuelve a reaccionar con una molcula de ninhidrina para condensarse en presencia de amoniaco y formar una sustancia coloreada llamada prpura de Rueman, que absorbe a 570 nm. Con los iminocidos esto no ocurre porque no tienen el grupo amino primario, y lo que se genera es una sustancia amarilla que absorbe a 440 nm. Es una reaccin que se puede valorar en un colormetro porque es proporcional a la cantidad de aminocido.Formacin de bases de Schiff.Puede ocurrir entre cualquier amino primario y cualquier grupo aldehdo, pero en las protenas, que es donde tiene una importancia relevante, slo las aminas terminales de las cadenas laterales de la lisina son capaces de producirlas. Es una reaccin de condensacin en la que se genera un grupo imino, y que suele ser un intermediario en centros de reaccin que contengan lisina y un substrato con un grupo aldehdo.Reaccin con cianato.Se produce la carbamilacin de los aminocidos al unirse un radical cianato al grupo amino (-CO-NH2). Se utiliza esta reaccin para modificar la hemoglobina S, que es una mutacin puntual de la hemoglobina normal en un solo aminocido de la cadena El cambio consiste en la sustitucin de un cido glutmico cargado y encarado al exterior por un valina apolar y que obliga a la protena a cambiar de conformacin para no quedar expuesta al agua. El cambio de conformacin provoca automticamente la falta de funcin, pero no es slo eso, sino que la nueva conformacin, que es inestable porque tiene un aminocido apolar cerca del agua, se estabiliza mediante la polimerizacin de molculas de hemoglobina S a travs de la inclusin de esta nueva valina en un bolsillo hidrfobo de otra molcula. De este modo se generan largas cadenas de hemoglobina S que deforman el eritrocito y le obligan a adquirir forma de media luna o de hoz (de ah el nombre) y los hacen inservibles.Sin embargo los eritrocitos falciformes son resistentes al paludismo, por lo que en los trpicos se han seleccionado las personas heterocigticas que a pesar de tener una merma en la resistencia aerbica, son capaces de convivir con el paludismo y no morir.Al carbamilar la hemoglobina falciforme se obliga a un nuevo cambio conformacional que restituye una forma parecida a la normal, y por lo tanto una funcin tambin casi normal.Identificacin de los fragmentos N-terminales.Son reacciones de fijacin y proteccin de varios tipos, enfocadas a identificar un fragmento proteico concreto en distintos procesos de secuenciacin. Estas reacciones de secuenciacin son los procesos de Sanger (con dinitrofluorobenceno), la dansilacin con cloruro de dansilo y Edman (con fenilisotiocianato). Esta ltima es la ms importante y la que utilizan los secuenciadores automticos, porque degrada la cadena residuo a residuo sin tener que hidrolizarla entera.Reacciones de los grupos de la cadena lateral.Suelen ser reacciones ms cualitativas que cuantitativas. De las cadenas laterales capaces de reaccionar significativamente se encuentran el grupo hidroxifenilo de la tirosina, el grupo guanidino de la arginina y el grupo tiol de la cistena, que merece una mencin aparte porque es el ms reactivo de todos y el ms importante en el mantenimiento de la estructura proteica.En ese caso, las reacciones del grupo tiol son las siguientes.Formacin de puentes disulfuro.Dos molculas de cistena cercanas oxidan los grupos tiol en presencia de ion ferroso (Fe2+) y oxgeno para formar un enlace disulfuro y un nuevo aminocido que es la unin de dos cistenas llamado L-cistina. En el medio celular esta reaccin est catalizada por la proten disulfuro isomerasa, que se encuentra en el retculo endoplsmico, del que es marcador, y une dos residuos de cistena que han quedado cercanos debido al plegamiento de la protena. Estos enlaces mantienen covalentemente la estructura de la protena e impiden su fcil desnaturalizacin.Los puentes disulfuro se tienen que reducir en el laboratorio para realizar determinados ensayos en las protenas como electroforesis en condiciones desnaturalizantes y secuenciacin de protenas, para lo que se utiliza -mercaptoetanol (que da dos cistenas ms una molcula de di--dihidroxietildisulfuro), y tambin para mantener los residuos de cistena reducidos en los centros activos de las enzimas, en donde se utiliza ditiotreitol.Formacin de mercptidos metlicos.La cistena reacciona con metales pesados como el aluminio y el mercurio produciendo los mercptidos correspondientes.Reaccin de desplazamiento de Ellman.Es una reaccin cuantificable que mide el nmero de cistenas presentes en una muestra. El reactivo de Ellman es el cido 5,5'-ditiobis(2-nitrobenzoico), que interacciona con el grupo tiol para dar cido tionitrobenzoico en una reaccin equimolar para cada residuo de cistena.Pptidos.Un pptido es la unin de un nmero limitado de aminocidos, hasta cincuenta, mediante la formacin de enlaces amida entre los grupos amino y carboxilo unidos al carbono . Tal y como se sintetizan en la clula, se comienza por el extremo N-terminal y se acaba por el extremo C-terminal, nombrando todos los aminocidos por orden cambiando la terminacin -ina por -il, excepto la del ltimo que queda invariable. Adems por convencin siempre se escriben de izquierda a derecha segn se nombran y se sintetizan. En el momento que un aminocido forma parte de una cadena pasa a llamarse resto o residuo, para resaltar el hecho de que est unido.Sntesis en la clula.La formacin del enlace peptdico es muy cara energticamente, pero sin embargo la evolucin ha mantenido el sistema de sntesis proteica prcticamente invariable a lo largo de millones de aos, con lo que debe suponer alguna ventaja aadida. Adems es uno de los mtodos universales que, junto con el cdigo gentico y las bases moleculares de la herencia, refuerzan la idea de que todos los seres vivos conocidos surgieron de un mismo antecesor comn en el que ya se daban estos mecanismos, que tuvieron tanto xito que automticamente eliminaron todo lo que pudiera haber habido. El mecanismo de sntesis proteica sigue el dogma central de la Biologa y constituye el ltimo paso: la traduccin.En la clula se sintetizan los pptidos gracias a una compleja maquinaria bioqumica diseada evolutivamente a tal efecto: el ribosoma. ste es un complejo ribonucleoproteico (RNP) que incluye en su composicin ARN especial llamado por esto ribosmico (ARNr). Este complejo se puede descomponer en dos subunidades, llamadas grande y pequea, entre las que corre una cadena de ARNm con la informacin de la protena que se va a sintetizar. Como se ha visto anteriormente, el ribosoma se desplaza fsicamente a lo largo del ARNm a saltos de tres en tres bases, correspondiendo cada uno de esos tripletes o codones a un aminocido, merced al cdigo gentico. En procariotas es siempre la formilmetionina (fMet) el primer aminocido que se incorpora en un sitio especial de la subunidad grande, llamado sitio P o peptidilo, que est justamente sobre el codn de iniciacin AUG. El siguiente codn est debajo de otro sitio en el ribosoma llamado sitio A o aminoacilo. Ni los aminocidos ni el ribosoma son capaces de reconocer por s solos dnde se tienen que incorporar, por lo que necesitan una molcula que haga las veces de cdigo para que el ribosoma, que es el descodificador, pueda convertir el ARNm en protena. Estas molculas que son el cdigo son los ARNt (transferentes, o tambin ARNs, solubles), y hay, evidentemente, al menos tantos como aminocidos, a los que se unen especficamente gracias a enzimas al efecto que son las aminoacil-ARNt sintetasas, que tambin son especficas de aminocido y de ARNt. As que todos los aminocidos se incorporan al ribosoma como aa-ARNt, pero por simplicidad se obviar en adelante.Una vez estn la fMet y el siguiente aminocido en los sitios del ribosoma, se produce un ataque nucleoflico por parte del grupo amino del segundo aminocido al grupo carboxilo del primero (por el que se une al ARNt), con lo que se genera un dipptido en el sitio A, y el sitio P se queda slo con el fMet-ARNt. Esta reaccin est catalizada por la peptidil transferasa, que es una de las protenas de la subunidad grande del ribosoma. Despus de esto, el ribosoma entero se tiene que mover exactamente tres nucletidos a lo largo del ARNm, con lo que el pptido recin formado pasa al sitio P y se descubre de nuevo el sitio A con un nuevo codn libre al que se tiene que incorporar otro aminocido. El ARNt del primer aminocido pasa a otro sitio del ribosoma, llamado sitio E o de salida (del inglsexit), tras lo cual vuelve a disociarse y a flotar en el citoplasma para ser cargado de nuevo con su aminocido especfico. Otra vez se est en la situacin de partida, en la que hay un pptido en el sitio P y el sitio A est vaco para que se incorpore el siguiente aminocido.Por cada aminocido incorporado se hidrolizan cuatro enlaces ricos en energa:1. En la unin de aminocido al ARNt.1. En la incorporacin del aminocido al sitio A.1. En la formacin del enlace peptdico.1. En la translocacin del ribosoma al codn siguiente.Sin embargo, slo se conservan cuatro en el enlace, por lo que toda la energa no utilizada sirve para mantener la fidelidad del proceso.El enlace peptdico.En la dcada de los treinta, Linus Pauling y descubrieron en ensayos acerca de los cambios conformacionales de las protenas que el enlace peptdico tiene unas caractersticas que lo hacen especial. La distancia del enlace C - O es la mitad entre la que correspondera a un enlace doble (que es lo previsible en una amida) y un enlace simple, y otro tanto ocurre ene el caso del enlace con el nitrgeno del resto siguiente. Estos datos hacan suponer que el enlace era un hbrido de resonancia de dos formas extremas como las que se representan en la figura de la izquierda. Esto hace que el enlace peptdico sea polar, por la mayor densidad de carga electrnica alrededor del oxgeno, y adems tiene caractersticas de doble enlace, con lo que es plano y puede presentar isomera cis-trans.De hecho, todos los restos que se van incorporando a una cadena polipeptdica en elongacin siempre forman enlaces en trans, nunca en cis, debido a la menor repulsin estrica de las cadenas laterales R y al mayor alejamiento de los C: 4,04 en el trans frente a 2,8 en el cis. Slo la prolina aparece unida mediante enlaces en cis gracias a una modificacin posttraduccional producida por la peptidil prolil cis-trans isomerasa, y de hecho aunque esta configuracin del enlace es 2 Kcal/mol ms energtica que la trans, la diferencia es inapreciable porque la cadena lateral de la prolina est ciclada con el grupo amino (imino), con lo que no hay diferencia sustancial en tanto a repulsiones estricas se refiere porque siempre so muy altas. La prolina se incorpora en determinados sitios de la cadena polipeptdica que necesitan un cambio brusco de direccin, porque la rigidez de este aminocido, unida a la configuracin en cis y luego generalmente una glicina, que permite giros cerrados forman los llamados giros o acodalamientos .ngulos de enlace.Como el enlace peptdico es plano y rgido, los nicos enlaces del esqueleto proteico que pueden girar sobre su eje son los que unen el C con sus respectivos grupos amino y carboxilo (excepto la prolina, claro). Los ngulos que pueden tomar desde un cero terico en el que los dos enlaces peptdicos que flanquean un mismo carbono asimtrico se superponen en un mismo plano, estn limitados por las repulsiones estricas que podran establecerse entre los diferentes grupos cercanos. El investigador hind Ramachandran dedujo los lmites mnimos y extremos entre los que se mueve el dimetro de cada tomo y observ que slo haba una diferencia de 0,1 , por lo que la diferencia entre los radios mnimo y extremo de Van der Waals (la zona de influencia de cada tomo) es de 0,05 . Sabiendo que el ngulo es el que puede tomar el enlace C - N alrededor de su eje, y el ngulo es el que toma el enlace C - CO alrededor del suyo, ambos contados en el sentido de las agujas del reloj si se observan los enlaces desde el C, Ramachandran represent todos los pares de valores tericos teniendo en cuenta los impedimentos estricos en un cuadro bidimensional /. De esta representacin se dedujo que slo un 15% de todos los posibles valores estn permitidos en las protenas, siendo todos los dems imposibles porque los grupos se estorbaran unos a otros.Mediante ensayos de laboratorio se ha comprobado la exactitud de las representaciones de Ramachandran y su utilidad para calcular ngulos de enlace de estructuras tericas. Adems se ha comprobado cmo la glicina puede formar casi cualquier ngulo de enlace salindose de ese 15%, dado el pequeo tamao de su cadena lateral, y que la prolina restringe sus ngulos de enlace a un puado de pares muy cercanos unos a otros.Importancia de los ismeros en el enlace.Ramachandran fue capaz de hacer la representacin de los ngulos de enlace porque slo hay dos, es decir, porque slo hay -aminocidos en las protenas. Si en lugar de -aminocidos fueran todos -aminocidos, habra tres enlaces alrededor de los cuales se podran hacer giros, cada uno con sus propias limitaciones estricas, pero que en principio haran un nmero al cubo de posibles conformaciones, en lugar de un nmero al cuadrado. La conclusin terica a la que se llega es que, como en las protenas slo hay -aminocidos, los -aminocidos han tenido que sufrir un proceso de seleccin contraria por el simple hecho de que permiten tal cantidad de conformaciones, al alejar tanto los grupos grandes, que sera imposible llegar en un tiempo biolgicamente lgico (unas horas) a una conformacin mnimamente estable en una protena. Esto llevara a la imposibilidad de realizar la funcin correctamente, porque adems cabran varias conformaciones estables a las que se podra llegar por caminos diferentes segn cmo les haya dado por colocarse a los enlaces. La existencia de -aminocidos responde a la necesidad de limitar el nmero de mnimos energticos disponibles para una cadena polipeptdica porque desde un principio tienen limitado sus ngulos de giro y, por tanto, los caminos por los que puede irse plegando la protena.Todas las protenas estn adems compuestas de L-aminocidos, y las vas principales de sntesis y degradacin utilizan estos estereoismeros y no otros, salvo posteriores modificaciones. No se sabe por qu esta seleccin, pero s se ha podido comprobar que los polmeros hechos de una mezcla de D- y L-aminocidos son inestables, as que ahora la pregunta es por qu se escogi la familia L. Realmente se cree que fue por puro azar la primera que se utiliz y as sigui.Propiedades pticas.Todos los pptidos tienen propiedades pticas porque estn hechos de monmeros pticamente activos. Cuando son cortos y la estructura es abierta, es decir, sin plegamientos, la actividad ptica del pptido es la suma de las actividades de cada aminocido, pero cuando la cadena se alarga y aparecen estructuras de orden superior, la actividad ptica deja de tener una relacin con la secuencia de aminocidos.Propiedades qumicas de los pptidos.Los pptidos muestran bsicamente la unin de todas las propiedades qumicas de los aminocidos que los componen, con la salvedad de que los grupos amino y carboxilo unidos a los C no pueden reaccionar porque estn formando parte del enlace peptdico excepto los de los extremos N- y C-terminales.Propiedades cido-base.Los pptidos tienen al menos los grupos ionizables de los extremos de la cadena, ms los de las cadenas laterales, por lo que tambin pueden forman cristales de elevado punto de fusin, y adems se pueden valorar como si fueran aminocidos. Hay que resaltar que los pKa de los grupos -amino y -carboxilo libres, es decir, los de los extremos de la cadena, se van suavizando respecto a los de los aminocidos libres a medida que la longitud aumenta porque la mayor distancia evita los efectos electrostticos y de induccin que se dan entre esos grupos de carga opuesta cuando estn cerca. Sin embargo esto no ocurre con los grupos ionizables de las cadenas laterales, que mantienen los pK muy cerca de los valores del aminocido libre.Se puede determinar el pI de un pptido del mismo modo que el de un aminocido, slo que ahora es ms difcil porque la curva de valoracin ya no presenta escalones tan marcados, sino que se van suavizando hasta parecer una pendiente. En este caso es recomendable valorar el pptido a distintas temperaturas, y en el sitio donde se crucen las distintas curvas estar el pI.Reacciones de identificacin.Como las anteriores, son iguales o muy parecidas a las de los aminocidos. Tambin se revelan los pptidos con ninhidrina despus de una electroforesis o de una cromatografa, pero una reaccin que es tpica de pptidos y que con aminocidos no se da es la reaccin del biuret, porque se necesita la interaccin con el enlace peptdico. Se basa en el establecimiento de enlaces de coordinacin entre cuatro enlaces peptdicos consecutivos dos a dos en dos cadenas (o dos partes de la misma) que se encuentren paralelas, todo esto en medio bsico con sosa. Una tcnica parecida es la tcnica de Lowry, que utiliza el reactivo de Folin (tungstato y molibdato de sodio en cido fosfrico y clorhdrico), pero es diez veces ms sensible: 0,1 a 1 mg de protena/ml frente a 1 a 10 mg/ml. En ambos casos se forma el mismo complejo que es coloreado y absorbe a 640 nm.Pptidos no proteinogenticos.Glutatin.La frmula es -Glu-Cys-Gly, con lo que el enlace peptdico entre el glutmico y la cistena se realiza mediante el grupo carboxilo en y no con el que sera corriente. Est presente en grandes cantidades en las clulas de animales superiores (5 mM) y forma parte del sistema de transporte de aminocidos al interior celular, catalizado por la -glutamil transferasa, que adems acta como reductor de centros activos, activador de enzimas y como protector en la oxidacin de lpidos.Carnosina.Es la -Ala-His. El residuo de alanina es un -aminocido. Es frecuente en el msculo.Tirocidina A.Es un pptido cclico y con algunos aminocidos en la forma D. Lo sintetiza una especie deBacillusy es bastante txico porque es un sistema de proteccin contra las peptidasas, que las bloquea.Hormonas.1. Factor regulador del hipotlamo.1. Hormonas de la hipfisis posterior: Oxitocina y vasopresina.1. Bradiquinina, que es un nonapptido existente en el plasma sanguneo.Antibiticos.1. Valimonicina, cclico.1. Gramicidina.Determinacin de la secuencia de aminocidos.Actualmente se sigue el protocolo de Sanger establecido en 1953, aunque slo parcialmente y adaptado a cada caso concreto. Sin embargo el descubrimiento del cdigo gentico y la capacidad que se tiene hoy da para construir fragmentos de ADNc ha limitado esta tcnica al papel de una comprobacin, ms que un resultado en s misma, de la secuencia deducida a partir de los fragmentos de material gentico que se conservan en genotecas. Esto se debe a que la tcnica no permite secuenciar fielmente pptidos de ms de 50 60 aminocidos, a pesar de que el mtodo se ha automatizado totalmente y ya no se hace eterno, pero sigue teniendo algunas limitaciones como se ver ms adelante, y que son los pasos que no se realizan hoy da.Actualmente, al purificar una protena, directamente se corta en pptidos que se separan en HPLC y se secuencian automticamente, pero tampoco del todo. Si no se conoce la protena, se fabrica una sonda degenerada (con inosina en el lugar de la base del tambaleo) que localiza el ARNm del que se fabrica luego el ADNc, que se amplifica mediante una PCR. Con el ADNc parcial se busca en una genoteca de ADNc el fragmento completo para determinar si la protena se corresponde o por el contrario es nueva, porque sabiendo la secuencia del ADNc se sabe tambin la de la protena que codifica.El protocolo se divide en los siguientes pasos: Separar las subunidades. Se suele saber cuntas hay por el nmero de extremos N-terminales. Reducir los puentes o enlaces disulfuro con -mercaptoetanol y posterior alquilacin con yodoacetato para que no se oxiden con el oxgeno y vuelvan a formar puentes disulfuro. Tambin se pueden someter a la reaccin de Ellman para su cuantificacin. Hidrlisis total del pptido y determinacin de la composicin de aminocidos. Aqu es donde el mtodo tiene su principal punto dbil, que se obvia en la investigacin actual. Identificar los extremos N- y C-terminales. Hidrlisis parcial del pptido, ya sea qumica o enzimtica. Secuenciacin de cada uno de los pptidos mediante la reaccin, degradacin o recurrencia de Edman (el nombre es lo de menos). Otra hidrlisis parcial distinta a la anterior que proporcione pptidos distintos que al secuenciarse puedan ser comparados a los anteriores. Superposicin de los grupos de pptidos obtenidos en las dos hidrlisis anteriores para poder llegar a una secuencia coherente comn a los dos mtodos de hidrlisis parcial. Puede que se necesite otra hidrlisis parcial diferente, si el pptido es muy repetitivo, aunque en tal caso se hace realmente difcil. Determinar el nmero y las posiciones de los distintos enlaces o puentes disulfuro, generalmente por cromatografa diagonal o bidimensional y la posterior secuenciacin del pptido que lo contiene.Una vez llegamos a una protena o pptido purificado por algn mtodo de los de Santarn (centrifugacin, precipitacin selectiva con sulfato de amonio, diferentes cromatografas de intercambio inico, afinidad o filtracin molecular y determinacin de la actividad), hay que separarlo en sus subunidades (si tiene) y reducir los enlaces disulfuro. Como todo esto no se sabe a priori, se somete la protena a una cromatografa en condiciones desnaturalizantes para separarla en bandas, si es que tiene subunidades, o bien para tenerla almacenada en papel y poder luego trabajar con ella. Los extremos tiol libres se tiene que alquilar formando los S-carboxiderivados correspondientes porque si no volvern a oxidarse y no se podrn separar.La protena o subunidad aislada se somete luego a una hidrlisis total cida con HCl 6 N en condiciones de vaco y a 100 120 C durante 10 a 24 horas. Con esto se consigue separar totalmente los aminocidos sin producir racemizacin, pero el triptfano y, en mucha menor medida, la serina y la treonina, son destruidos y desaparecen como tales. Adems los enlaces amida de la glutamina y la asparagina tambin se hidrolizan y pasan a ser glutamato y aspartato, respectivamente, y adems se produce amonio que comienza a subir en pH. A veces se hace una segunda hidrlisis bsica con NaOH, con la que se destruye la cistena, la cistina (si no se ha reducido antes), la serina y la treonina, adems de producirse racemizacin de los aminocidos, pero se conserva el triptfano, por lo que slo se utiliza para saber dnde est. Esta eliminacin de aminocidos es lo que supone un obstculo a la hora de realizar este protocolo.Despus de la hidrlisis total, los aminocidos se separan en una cromatografa de intercambio inico, de la que se pueden eluir con variaciones tanto de pH como de fuerza inica.Para identificar los extremos N- y C-terminales se puede recurrir a tres mtodos: Reaccin de Sanger: Consiste en la formacin de derivados del aminocido N-terminal. Esto se consigue con el 2,4-dinitrofluorobenceno, que en medio ligeramente bsico provoca la condensacin con el grupo amino libre, que en esas condiciones no est protonado, para formar un 2,4-dinitrofenilderivado y una molcula de cido fluorhdrico. Despus se somete la protena a hidrlisis total y se realiza una cromatografa para detectar el aminocido que estaba en primer lugar, es decir, el extremo N-terminal. Tiene el problema de que si ese aminocido es de los que se eliminan o modifican en la hidrlisis, no se podr detectar a menos que se tenga un patrn cromatogrfico de los aminocidos a los que se modifican en la hidrlisis y adems se les ha unido un radical 2,4-dinitrofenilo. Adems tambin se podra unir el reactivo al grupo amino de la asparagina y la glutamina. Dansilacin: Bsicamente igual que la anterior, pero se utiliza el cloruro de dansilo (cloruro de 1-dimetilaminonaftaleno-5-sulfonilo), que al combinarse con el aminocido correspondiente en las mismas condiciones que la reaccin de Sanger forma un dansilderivado que es fluorescente y se detecta en un colormetro de manera mucho ms fiable y precisa (pmol). Tiene los mismos problemas de deteccin que el anterior. Degradacin, secuencia o recurrencia de Edman. Actualmente es la nica reaccin de secuenciacin que se utiliza, y adems es un proceso totalmente automatizado. Tiene la enorme ventaja de que no hace falta hidrolizar toda la protena, y de que es un mtodo secuencial y recurrente, en el que se van hidrolizando los aminocidos uno a uno empezando por el extremo N-terminal, con lo que se conserva la direccionalidad N!C de la sntesis biolgica. El reactivo es el fenilisotiocianato (PITC), que en medio bsico con trimetilamina sufre en su carbono del grupo ciano un ataque nucleoflico por parte del amino terminal desprotonado, como si fuera una reaccin de elongacin en el ribosoma. La disposicin de la estructura electrnica de los enlaces del feniltiocarbamilderivado (PTC) es muy energtica, y cambiando a condiciones cidas con cido trifluoroetanoico al 100% se produce la rotura del enlace peptdico entre los dos primeros aminocidos porque el grupo tioamida que se forma realiza un ataque nucleoflico sobre el carbono carboxlico del primer aminocido, es decir, el azufre se une al carbono carboxlico y lo separa del amino del siguiente aminocido, liberando una molcula de anilinotiazolinona del aminocido correspondiente (aa-ATZ) y dejando el pptido con un resto menos y un nuevo extremo amino libre. Luego se pasa a condiciones de cido trifluoroetanoico al 25%, en las que se altera la estructura del aa-ATZ y se forma un feniltiohidantonderivado (PTH-aa) que es lo que se detecta mediante HPLC.Cuando el extremo N-terminal se encuentra bloqueado o combinado con algo, como una acetilacin, que es producto de separar las protenas en electroforesis en geles de poliacrilamida, se tiene que fabricar un extremo N-terminal nuevo y para ello se recurre a la hidrlisis parcial qumica o enzimtica con peptidasas. De este modo tenemos una coleccin de fragmentos susceptibles de ser secuenciados y conocidos.El carboxilo terminal se detecta hacindolo reaccionar con borohidruro de litio para formar un alcohol primario, y luego realizando una hidrlisis total para detectarlo en una cromatografa. Tambin se puede recurrir a una hidracinolisis, en la que la hidracina (NH2-NH2) rompe los enlaces peptdicos formando un aminoacilhidracida de todos los aminocidos excepto del ltimo (C-terminal), porque ste no formaba parte de ningn enlace peptdico. ste tambin se detecta en una cromatografa. Otro modo de detectar el extremo C-terminal es utilizar las enzimas carboxipeptidasas, que eliminan secuencialmente los restos de uno en uno comenzando por ese extremo.El ltimo paso del protocolo, pero que es el primero que se realiza actualmente, es la digestin o hidrlisis parcial de la protena con unas enzimas llamadas proteasas o peptidasas, que son capaces de reconocer enlaces peptdicos en los que interviene un aminocido concreto, y cortar exactamente en ese punto la cadena polipeptdica. Estas enzimas se dividen en dos grandes categoras segn corten enlaces internos o terminales en endopeptidasas y exopeptidasas, respectivamente.1. Endopeptidasas:1. Dependen del primer aminocido del enlace, es decir, que cortan el enlace aa1-C-N-aa2 segn cmo sea aa1. Se dice que cortan detrs de:1. Tripsina: Corta detrs de Lys y Arg, es decir de aminocidos bsicos con carga, y siempre que detrs no haya un prolina. Es altamente especfica y la imposibilidad de cortar antes de prolina se debe a la cadena lateral ciclada. Se encuentra en el estmago y es especialmente activa a pH 2.1. Quimiotripsina: Corta detrs de Phe, Tyr, Trp y Leu, es decir aminocidos aromticos o muy hidrfobos. Tampoco puede haber prolina detrs.1. Clostripana: Corta siempre detrs de arginina.1. Dependen del segundo aminocido del enlace, es decir, cortan el enlace aa1-C-N-aa2 segn cmo sea aa2. Se dice que cortan delante de:1. Pepsina: Corta delante de aminocidos aromticos o muy hidrfobos y tambin de aminocidos cidos: Phe, Tyr, Trp, Leu, Asp y Glu; y siempre que el aminocido anterior no sea la prolina. Sustituye a la tripsina en el intestino y es activa a pH 7.1. Termolisina: Corta delante de aminocidos aromticos y alifticos (con cadena lateral de hidrocarburo simple) siempre que sean ramificados: Phe, Tyr, Trp, Leu, Ile y Val. Tampoco puede haber una prolina antes.1. Exopeptidasas: Slo se enumeran dos carboxipeptidasas, pero hay muchas ms:1. Carboxipeptidasa A: Corta todos los extremos C-terminales excepto si son residuos de aminocidos bsicos con carga a pH fisiolgico o prolina, es decir, corta los extremos que no sean Arg, Lys o Pro. Aunque la histidina tambin es un aminocido bsico, la forma mayoritaria est desprotonada y sin carga a pH fisiolgico, lo que unido a su rareza la excluyen de la lista antes mencionada. Adems de esto, no cortar ningn extremo si el resto anterior es uno de prolina.1. Carboxipeptidasa B: Corta todos los extremos excepto los que sean de aminocidos bsicos con carga (otra vez sin His) o de cistena, es decir, corta los extremos que no sean Arg, Lys o Cys, y tampoco cortar si hay un resto de prolina anterior.Los mtodos de rotura parcial qumica se pueden resumir en los siguientes:1. Bromuro de ciangeno (BrCN): Es altamente especfico y corta siempre por el lado carboxilo de metionina, es decir, corta detrs de metionina.1. Hidracinolisis: Es una hidrlisis total si se utiliza en exceso. Si no se rompe al azar.1. Degradacin de Edman: Es la hidrlisis selectiva del extremo N-terminal.1. cido frmico: hidroliza los enlaces Asp-Pro.1. N-clorosuccinimida: Hidroliza en posiciones de triptfano.Los distintos pptidos generados en la hidrlisis parcial se tienen que separar por cromatografa de intercambio inico, papel o filtracin molecular o por electroforesis en geles de poliacrilamida con un tamao de poro pequeo (15% a 20%), pero lo mejor para separar dos muestras procedentes de distintos tipos de hidrlisis parcial es realizar un mapa peptdico o experimento de huella, que consiste en realizar una primera dimensin cromatogrfica y una segunda dimensin electrofortica. Con esto se consigue una separacin aceptable de los distintos fragmentos, de los que a continuacin se obtiene su secuencia siguiendo el mtodo de la degradacin de Edman.Con todos los datos obtenidas de la secuenciacin se tiene que poder llegar a dos sucesiones iguales de aminocidos, cada una con la misma secuencia, pero formadas por los fragmentos procedentes de un solo mtodo de hidrlisis parcial. Este proceso equivale al de encajar un rompecabezas. Si los resultados de la secuenciacin no son concluyentes, puede ser necesaria una tercera hidrlisis parcial siguiendo otro mtodo diferente a los anteriores.La localizacin de los puentes disulfuro se lleva a cabo mediante una electroforesis diagonal de los distintos pptidos producidos por una hidrlisis parcial cualquiera, en la que la primera dimensin se mantienen los enlaces disulfuro, pero que al cargar la segunda dimensin se reducen con cido perfrmico, con lo que donde aparezca un punto desdoblado es que haba un enlace. Estos fragmentos se recortan y secuencian para determinar las cistenas responsables de los enlaces disulfuro, tomando como patrn la protena entera previamente sintetizada.Sntesis qumica de pptidos.Los pptidos se sintetizan qumicamente para obtener anticuerpos, hormonas y vacunas sintticas, as como para determinar la funcin de segmentos de protenas nuevas o purificadas.Como los aminocidos tienen al menos dos grupos reactivos, hay que ir protegiendo los que convenga en cada una de las etapas de la sntesis. Actualmente se sigue el procedimiento de Merrifield, por el que gan un premio Nobel, aunque el trabajo lo realizan mquinas automticas. Con este mtodo se sintetizan los pptidos al revs de cmo se realiza en las clulas, es decir, se comienza por el extremo C-terminal y se van uniendo de cada vez los aminocidos que estn antes en la secuencia.Primero se tiene que unir el ltimo aminocido mediante su extremo C-terminal a una resina de poliestireno, con lo que queda anclado a ella (esto fue lo que dio el premio a Merrifield) y, adems, se protege su grupo carboxilo. Previamente su grupo amino se ha protegido con cloruro de terbutiloxicarbonilo (TBOC) para que no reaccione con la resina, pero ahora interesa dejarlo al descubierto, con lo que se lava el aminocido unido a la resina con cido tricloroetanoico para liberar el extremo amino. Este proceso se lleva a cabo sobre un filtro porque la resina no puede pasar a su travs, con lo que es mucho ms cmodo que una sntesis en fase lquida. Al lavar la resina se libera el TBOC como CO2 y metilbutano.Una vez se tiene el aminocido fijado con su extremo amino libre, hay que ponerlo en contacto con el otro aminocido. ste tambin viene con su extremo N-terminal protegido con TBOC, pero su extremo C-terminal est activado con diciclohexilcarbodiimida, que al condensarse con el amino del aminocido unido se libera en forma de diciclohexilurea. De este modo se consigue un dipptido unido a la resina por su extremo C-terminal y con el extremo N-terminal protegido con TBOC. Para continuar la sntesis se vuelve a lavar la resina con cido tricloroetanoico y a repetir los pasos anteriores.Este mtodo permite buenos rendimientos si no se sobrepasan los veinte aminocidos sintetizados, pero baja drsticamente al aumentar el nmero, as como con la inclusin de lisina, porque tiene otro grupo amino sobre el que se podra aadir el aminocido, en lugar de sobre el grupo amino normal.Plegamiento proteico.Causas del plegamiento.Las fuerzas que guan el plegamiento de una cadena polipeptdica son todas interacciones dbiles debidas al reconocimiento intramolecular entre partes de la misma molcula. Para que este reconocimiento se produzca debe haber complementariedad espacial y una unin de fuerzas.El plegamiento se realiza en un entorno celular.Aunque la secuencia de aminocidos determina en gran medida el plegamiento y, por tanto, la forma final de la protena, no hay que olvidar que sta se encuentra en un medio celular, en el que tiene algunas facilidades y limitaciones.Para empezar, en el citoplasma existen unas protenas que ayudan a la cadena polipeptdica a comenzar su plegamiento y, en cierto modo, restringen el nmero posible de conformaciones para un segmento concreto de la protena a unas cuantas que son rpidamente accesibles. Con esto se consigue una necesaria rapidez hasta llegar a la forma definitiva y, adems, se procura que los elementos de los que luego se vaya a componer la protena sean unos cuantos, y no todos los posibles.No podemos olvidar que el entorno de plegamiento es bsicamente agua. En ella la constante dielctrica es cercana a ochenta, con lo que todas las interacciones de los grupos R entre ellos y con el agua van a estar muy limitadas, si son inicas. Por esto el principal motor del plegamiento proteico son las interacciones ms dbiles: fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrgeno e interacciones hidrofbicas.Fuerzas de naturaleza entrpica y entlpica.Ya se ha adelantado que el entorno acuoso es determinante a la hora de plegar una protena. En este medio las fuerzas electrostticas o de carcter elctrico, como son las que se dan entre grupos cargados, con un dipolo, entre dipolos, fuerzas de Van der Waals y puentes de hidrgeno, ven muy limitado su rango de accin. Esta limitacin es ms fuerte cuanto mayor sea la fuerza que la genera. De este modo no se van a encontrar nunca restos cargados en el interior de las protenas, donde el entorno es apolar, porque su interaccin con el agua es muy fuerte; otro tanto ocurre con los aminocidos polares. Sin embargo, los restos no hidrfilos que pueden interaccionar entre s mediante fuerzas de Van der Waals s lo hacen, y se apilan en el interior de las protenas porque interaccionan muy dbilmente con el agua.Adems de estas consideraciones cabe destacar el puente de hidrgeno, que es una especie de interaccin dipolo-dipolo en la que un tomo de hidrgeno se une a otro muy electronegativo (O, N), con lo que se genera un momento dipolar muy fuerte capaz de interaccionar con otro tomo electronegativo para compartir el protn (H+). Es un enlace muy direccional y se da en todos los carbonilos y aminas del enlace peptdico, lo que en el interior de las molculas ayuda a mantener la estructura dado su carcter aditivo y son los principales mantenedores de la forma despus de que la protena se haya plegado, dando elementos peridicos repetitivos que conforman la estructura secundaria. No rebajan significativamente la energa porque la propia estructura les impide llegar a su mnimo energtico, que es -4 Kcal/mol, y se quedan en -3 Kcal/mol.Se ha dicho que en un entorno acuoso las fuerzas de naturaleza entlpica antes mencionadas quedan apantalladas por la gran constante dielctrica del agua. Por eso son las fuerzas de naturaleza entrpica las que ejercen y guan en mayor medida el plegamiento. Estas fuerzas responden a la naturaleza misma del agua, y su efecto es lo que anteriormente se conoca como fuerzas hidrofbicas o interacciones hidrofbicas que no son tales, sino slo la consecuencia. De todos los restos de una protena, los polares desordenan las molculas de agua al formar la capa II de solvatacin (recordar 1 Introduccin), pero los apolares obligan a las molculas del agua a ordenarse a su alrededor para formar una caja de solvatacin. Esto disminuye la entropa del sistema, con lo que espontneamente los restos apolares se apilan para formar una caja de solvatacin comn con menos molculas de agua ordenadas, dentro de la cual ya no se siente la gran constante dielctrica, que puede bajar a niveles cercanos a 1. Esto refuerza la unin por fuerzas de Van der Waals o por puentes de hidrgeno y estabiliza esa parte de la protena ya plegada.Balance energtico del plegamiento.Los trminos entrpico y entlpico de la protena se tienen que sumar a los del agua. De esto se observa que la protena disminuye bastante su entropa, pero el agua la aumenta enormemente porque el efecto hidrofbico se une al desorden de la capa II de solvatacin creada en torno a residuos polares. El balance energtico es comparativamente menor que la ganancia de entropa, lo que da idea de la importancia de este trmino para juzgar la espontaneidad en el plegamiento proteico.Una manera de adivinar dnde van a quedar los aminocidos una vez plegada la protena es usando la relacin que existe entre el tamao y la superficie molecular accesible al agua, utilizando el radio de Van der Waals como referencia. Cuanto mayor sea esta superficie, mayor tendencia a estar en el interior tiene el aminocido y por tanto mayor hidrofobicidad. Con ste y otros datos se pueden construir tablas de hidrofobicidad e hidrofilicidad y combinarlas para dar tablas de hidropata, en las que los valores negativos y positivos indican el carcter apolar o polar del aminocido en cuestin.De todo lo anterior se puede deducir si un resto va a quedar expuesto al agua o por el contrario va a quedar dentro de la protena, as como la espontaneidad del plegamiento.Mantenimiento de la estructura.Las fuerzas que mantiene la integridad conformacional y, por tanto, funcional de la protena, son cooperativas e intervienen en el interior de la protena una vez que se ha plegado. Esto se comprueba en los diagramas de desnaturalizacin por calor, en los que se ve cmo al llegar a una temperatura crtica de fusin Tm (demelting, fusin en ingls), se provoca la rotura de algunos puentes de hidrgeno que hacen que el resto colapse como un castillo de naipes que estaba en equilibrio y le quitan una sola carta del medio.Puentes disulfuro.Si despus de que una protena se haya plegado se encuentran cerca dos residuos de cistena, entonces cabe la posibilidad de oxidar ambos tomos de azufre y unirlos covalentemente, entrecruzando la estructura proteica entre dos puntos cercanos en el espacio aunque distantes en la secuencia. La formacin de este puente disulfuro est a cargo de la enzima proten-disulfuro isomerasa, que es uno de los llamados catalizadores del plegamiento proteico y que se encuentra en el retculo endoplsmico, del que es un marcador. Esta unin transforma los dos residuos de cistena en un residuo de cistina, que es el aminocido doble que surge.Elementos de estructura proteica.Niveles estructurales en protenas.1. Estructura primaria: Secuencia de aminocidos.1. Estructura secundaria: Disposicin regular del esqueleto polipeptdico en unidades definidas por una periodicidad en los ngulos de enlace y .1. Estructura supersecundaria: Tambin llamada motivos estructurales. Son agregados fsicos preferenciales de varios elementos de estructura secundaria contiguos.1. Dominios: Regiones globulares diferenciables en la estructura tridimensional de una protena. Surgen de la unin de varios motivos, generalmente contiguos.1. Estructura terciaria: Disposicin espacial de dos o ms dominios.1. Estructura cuaternaria: Tambin llamada agregados proteicos. Son la unin de varias cadenas polipeptdicas mediante fuerzas dbiles o enlaces disulfuro para formar una entidad superior con funciones diferenciables de las de cada polipptido de los que se compone.Estructura secundaria.Incluye grupos lineales helicoidales o planos, adems de los acodamientos que cambian la direccin del esqueleto polipeptdico. Todos los grupos lineales, incluyendo los planos, se pueden definir segn los parmetros de una hlice:1. Nmero de aminocidos necesarios para llegar a una situacin en la que se repiten las caractersticas peridicas. Equivale a el nmero de aminocidos por vuelta de hlice: n.1. Incremento de altura que proporciona cada aminocido al elemento lineal de estructura secundaria. Equivale a la proyeccin de la distancia longitudinal de cada aminocido sobre el eje de una hlice: d.1. Paso de rosca. Equivale a la distancia longitudinal que se tiene que recorrer sobre la hlice para encontrarse en la misma situacin peridica: p = n d.1. Anchura del grupo lineal, tomando como referencia el esqueleto polipeptdico, no los grupos R. Equivale al dimetro que tendra la hlice y, por tanto, al doble del radio r.Hlices.Hay varios elementos de estructura secundaria que adquieren una forma real de hlice, de los que el ms abundante es la hlice , hipotetizada por Pauling y posteriormente demostrada su existencia mediante Cristalografa. Es una varilla slida, no hueca, con arrollamiento dextrgiro, en la que los tomos ocupan todo el centro y se exponen hacia fuera todos los grupos R. En sta como en todas las hlices se establecen puentes de hidrgeno entre los tomos del esqueleto polipeptdico dentro de ella misma. En este caso se establecen entre el carbonilo del residuo i y el amino del residuo i + 4. La periodicidad comienza desde el carbonilo de uno de los aminocidos y desde all se mantiene cada 3,6 residuos por vuelta, con los ngulos = -45 y = -60. El paso es de 0,56 nm.La mayora de las hlices tienen 7 u 11 residuos, que se corresponden con 2 3 vueltas. Adems, las hlices tienen momento dipolar, ya que todos los puentes de hidrgeno estn alineados hacia el extremo carboxilo de la hlice. Esta distribucin de la densidad de carga a lo largo de la hlice permite la unin de ligandos aninicos a los extremos N-terminales de una hlice de su receptor correspondiente, porque all los puentes de hidrgeno no tienen con qu enlazarse y estn accesibles a una posible interaccin. Esta capacidad de unir ligandos puede ser un mecanismo de regulacin de la funcin proteica, y de hecho se observa en receptores de la superficie celular.Hay aminocidos que tienen mayor probabilidad de aparecer en una hlice que otros, como son Glu, Met, Ala y Leu, y tambin hay otros que se consideran rompedores de hlices, como Pro por tener su ngulo bloqueado, y Ser y Thr porque sus grupos OH pueden establecer puentes de hidrgeno con el esqueleto polipeptdico y desestabilizar la estructura helicoidal; otro tanto podra decirse de los grupos cargados de Asn y Asp.Las representaciones en espiral permiten saber las interacciones y posibles localizaciones de las hlices en la estructura proteica, as como saber hacia dnde se encaran, si hacia dentro o al agua, segn sean hidrfobas, hidrfilas o anfipticas.Hay ms tipos de hlice, en los que cambian los parmetros de y . stos son la hlice 310, la hlice levgira y la hlice . De estas tres slo la primera es una estructura real. La segunda es una rarsima excepcin y la tercera, aunque tericamente posible, no existe. La razn de esto ltimo reside en que para alojar ms residuos por vuelta, que es lo que ocurre en una hlice , se necesita aumentar el radio de la hlice, con lo que los tomos se alejan y ya no es posible la estabilizacin de la estructura mediante interacciones de Van der Waals entre los tomos del esqueleto polipeptdico y a travs del eje de la hlice, como ocurre en las hlices . La hlice 310 es una hlice dextrgira con tres residuos por vuelta en la que los puentes de hidrgeno se establecen entre el carbonilo i y el amino i + 3, con lo que no estn exactamente alineados. Son hlices cortas que generalmente aparecen en los extremos de hlices , con pocos residuos que casi nunca pasan de la vuelta. Es bastante restringido el nmero de restos que caben en una hlice 310, porque la estructura apila los grupos R unos encima de los otros, y no al tresbolillo como en las hlices , con lo que si son muy voluminosos se distorsiona la hlice.Grupos lineales .La estructura se puede asimilar a una hlice muy estirada de slo dos residuos por vuelta y de slo 1 de radio. Con estos parmetros se consigue una estructura lineal en forma de lnea quebrada en la que los grupos R se disponen alternativamente hacia arriba y hacia abajo del plano terico que pasara por el eje de la hlice. Evidentemente. Los puentes de hidrgeno ya no se pueden establecer entre tomos del mismo grupo lineal, sino que tienen que ser con grupos lineales adyacentes. stos se pueden disponer de manera paralela o antiparalela, siendo este ltimo el modo en que los puentes de hidrgeno son totalmente lineales. La unin de dos o ms grupos lineales define una lmina , de la que alternativamente salen los grupos R arriba y abajo del plano quebrado que se forma.Los grupos lineales de los extremos de una lmina slo pueden formar la mitad de puentes de hidrgeno, porque slo tienen un grupo lineal a su lado. En ese caso se establecen puentes de hidrgeno con otra estructura se la misma protena, con el agua o con la misma lmina cerrada sobre s misma. Esto ltimo puede ocurrir si se compone de al menos 8 grupos lineales.Dependiendo de la naturaleza de los residuos, puede haber lminas hidrofbicas o anfipticas, segn cmo sea cada uno de los lados que se puede considerar. Cada grupo no suele tener ms de siete residuos, y se pueden mezclar paralelos y antiparalelos en una misma lmina, aunque no es muy frecuente.Las explicaciones anteriores se refieren a grupos lineales y lminas totalmente extendidas y rectas, en los que los ngulos de y se sitan en la misma lnea que va desde el centro a la esquina superior izquierda de la representacin de Ramachandran. Sin embargo, lao corriente es encontrarse con grupos lineales retorcidos, en los que se acumula una pequea diferencia de giro entre el aminocido n y el n + 1, por lo que los grupos lineales se tienen que asociar formando un ngulo de unos 25 para formar lminas, ya que si no, no se pueden establecer puentes de hidrgeno entre ellos.Esta torsin genera que el plano de la lmina tenga concavidad y convexidad, y se pueda hablar de un arriba y un debajo del plano. Adems, esta geometra de planos torcidos provoca que la conectividad entre dos grupos lineales paralelos siempre se haga a derechas y por encima del plano que definen.De estos grupos lineales no suele haber ms de siete por lmina, y no ms de siete residuos por grupo lineal, generalmente impares (3, 5 7).Codos.Son elementos de estructura secundaria que rompen la linealidad de los otros dos elementos descritos anteriormente. Hay tres tipos de acodamientos, de los que el tipo III es un tramo de una hlice 310, y los de tipo I y II son una distorsin de aqulla. En todos los casos la estructura se estabiliza mediante un solo puente de hidrgeno entre el carbonilo i y en amino i + 3. La diferencia entre el tipo II y el tipo I es que el primero tiene el enlace entre n + 1 y n + 2 girado 180, con lo que se provoca el acercamiento del carbonilo i + 1 al grupo R del aminocido n + 2. Esto se soluciona colocando glicina en la posicin n + 2, ya que su R es un tomo de hidrgeno, y generalmente n + 1 es prolina, que con su ngulo fijado permite este tipo de acodamientos. Viendo la secuencia de aminocidos se puede detectar fcilmente un acodamiento si se lee PG, ya que es una combinacin muy poco frecuente y que slo aparece en este tipo de estructuras. La frecuencia relativa de aparicin de cada tipo es:1. I: 35%.1. II: 15%.1. III: 15%.1. Otros giros no estructurados: 35%.Los centros activos de las enzimas suelen estar en los acodamientos y, adems, suelen estar en el exterior estableciendo interacciones con el agua y suelen marcar los lmites de los exones.Diagramas y representaciones estructurales.La estructura de un polipptido o de una protena se puede representar mediante las coordenadas atmicas, que da mucha informacin pero es extremadamente complicado de manejar a no ser que se busquen datos concretos. El extremo opuesto es la representacin slo del esqueleto polipeptdico, con lo que se pueden adivinar los huecos donde se pueden alojar los grupos prostticos. Una representacin intermedia consiste en plasmar el esqueleto polipeptdico como si fuera una cinta hecha a base de planos que contienen los enlaces peptdicos. Con esta representacin se pueden ver y observar muy bien los elementos de estructura secundaria, pero no los de mayor entidad. La representacin ms utilizada y que mejor describe la estructura tridimensional de una protena es la que representa las hlices por cilindros y los grupos lineales por flechas planas. Con esta representacin se advierten todos los elementos estructurales salvo la estructura primaria.Los diagramas de topologa muestran esquemticamente las relaciones entre los grupos lineales , lo que permite comparar fcilmente estructuras que en principio no tienen parecido, y asimilar analogas estructurales con analogas funcionales y homologas evolutivas. Esto permite realizar taxonoma molecular a partir de los datos de la estructura.Estructura supersecundaria.Tambin llamados motivos, aparecen en el plegamiento como una asociacin de varios elementos de estructura secundaria que son consecutivos en la secuencia.Motivo EF.Recibe ese nombre porque el primer sitio donde se describi fue en la parvalbmina, cuyas hlices E y F se asocian de manera caracterstica. Tambin recibe el nombre de hlice-bucle-hlice (helix-loop-helix). La parvalbmina es una protena que liga calcio justo en el bucle, que es de unos doce restos. Como ella, otras protenas que tambin ligan calcio, como la calmodulina y la troponina, tambin tienen este motivo y a l se une el calcio gracias a la gran cantidad de aminocidos cidos cargados negativamente y las interacciones dipolares con los carbonilos del enlace peptdico. En el centro del bucle tiene que haber una glicina totalmente conservada para permitir el giro. Adems, el final de la hlice E y el comienzo de la F son anfipticos, de modo que las regiones apolares se solapan y unen las dos hlices como si fueran los dedos de una mano.Los factores de transcripcin de genes son un pequeo pptido que precisamente consta de dos hlices unidas mediante un bucle. Es decir, constan de un solo motivo que es ste, con la salvedad de que en ellos el bucle no es tan grande y no liga calcio. Estos factores de transcripcin funcionan introduciendo una de las dos hlices en el surco mayor del ADN y leyndolo hasta encontrar su sitio de unin.Existe una correlacin entre motivos estructurales y la estructura primaria, de modo que se pueden detectar en la propia secuencia de aminocidos. Por esta razn se llama motivos tambin a estos segmentos de la estructura primaria que luego generan la estructura supersecundaria, pero no hay que confundirlos.Espiral mltiple de hlices .Llamadocoiled coilen ingls (enrollamiento enrollado), consiste en el enrollamiento levgiro de dos a cinco hlices , tanto paralelas como antiparalelas para generar una superhlice que en el caso de dos hlices paralelas tiene un paso de rosca de 140 . Aparece en protena fibrosas como la -queratina y es el elemento de dimerizacin de factores de transcripcin como fos y jun, donde este motivo se llama cremallera de leucina. La dimerizacin es posible porque las hlices son anfipticas y aparece leucina cada siete aminocidos, que es algo ms de dos vueltas. Como no se colocan los restos de leucina exactamente uno sobre otro a lo largo del eje de la hlice, hace falta una torsin para permitir la dimerizacin y que las leucinas de ambas hlices encajen en los huecos que hay en la otra hlice cada cuatro restos. Los residuos que flanquean ese ncleo hidrfobo definido por las leucinas estn cargados e interaccionan entre s y con el agua para mantenerse unidos.En un superenrollamiento de hlices se pueden definir parmetros como el ngulo de cruce entre las dos hlices, y el de cada una de ellas con el eje de la superhlice (10 a 20).Hay muchas protenas que recurren a esta solucin estructural, por ejemplo, la tropomiosina tiene dos hlices paralelas, la hamaglutinina tiene tres paralelas, la ADN polimerasa I tiene dos antiparalelas, el represor del opern de lactosa tiene cuatro antiparalelas. En el caso de las hlices antiparalelas los residuos de unin entre hlices se sitan justamente intercalndose, y no al tresbolillo como en la unin de hlices paralelas.Unin de grupos lineales .La unin genrica es , donde puede ser:1. Un segmento sin estructura: c.1. Una hlice : .1. Un grupo lineal : Meandro .1. Un codo: Horquilla .La unin entre los distintos elementos de estructura secundaria nunca se hace directamente, sino que siempre hay unos cuantos restos de unin sin conformacin definida, y que justamente son los crticos para la funcionalidad de la protena.Los grupos envuelven un espacio hidrfobo entre el plano de la lmina y la hlice, por lo que sta tiene que ser anfiptica. El carcter hidrfobo o anfiptico de la lmina depende de lo que tenga por debajo de ella, ya que por encima al menos, la parte que se encara a la hlice s tiene que ser hidrfoba. La sucesin modular de este motivo genera el desplazamiento de Rossmann, que apoya la teora de la generacin modular de las protenas, a base de ir uniendo elementos estructurales en entidades cada vez mayores.La sucesin de grupos lineales en horquillas puede generar barriles , en los que la lmina es anfiptica, o plegamientos ms complejos como el de las inmunoglobulinas.La unin de grupos lineales paralelos mediante una hlice siempre se hace a derechas, quizs por la propia torsin del grupo . Adems, siempre se hacen por encima del plano porque es la manera te liberar tensin del grupo lineal. Dos grupos lineales antiparalelos consecutivos siempre se unen mediante una horquilla.Los elementos prximos en la estructura primaria suelen estar tambin prximos en la estructura secundaria y supersecundaria, de la que surgen los dominios por agrupamiento. Dos horquillas adyacentes se pueden unir entre s de doce modos diferentes, sin embargo, los ms corrientes son la unin directa y la unin en greca, con frecuencias 50%, 25%, 25%. Algunos autores sugieren que la greca ha surgido como una torsin en una sola horquilla larga despus de que se hubiera producido una insercin.Protenas fibrosas.Suelen ser protenas simples y repetitivas destinadas a misiones estructurales.-queratina.Son ubicuas en mamferos. Se encuentran en el pelo, las uas y la piel. Su estructura es una hlice tpica, que luego se enrolla con otra para producir una protofibrilla que se asocia con otras y produce filamentos gruesos de queratina, que son el componente principal del pelo.La diferencia en la dureza del pelo y de las uas depende del nmero de puentes disulfuro que se establezcan.-queratina.Aparece en la seda y en las plumas de aves y las escamas de los reptiles. Es una repeticin de GSGAGA y forma lminas que se apilan unas sobre otras encarando los lados iguales, produciendo bandas estrechas y anchas.Colgeno.Es la protena ms abundante en los mamferos, donde forma el tejido conjuntivo y la matriz extracelular. Est diseada para resistir grandes tensiones. Estructuralmente es una repeticin de GXY y contiene mucha prolina, alanina y aminocidos modificados como hidroxiprolina (Hyp) e hidroxilisina (Hyl).Un solo polipptido no tiene estructura secundaria, por lo que necesita asociarse a otros dos para adquirirla. De este modo una molcula de colgeno es un trmero en forma de hlice dextrgira, en que cada monmero es otra hlice levgira y muy estirada, de slo 1,6 de radio, 2,9 de paso de rosca y 3,3 restos por vuelta. La estructura se mantiene estable gracias a que se conserva un resto de glicina cada tres aminocidos, justo donde contactan los monmeros. Esto permite su acercamiento y el establecimiento de enlaces de hidrgeno entre cadenas, que ataen al amino de la glicina y al carbonilo del aminocido X de otra cadena.Hay cinco tipos de colgeno segn las combinaciones de dos tipos de cadena, que son producto de dos genes distintos: 1 y 2. Adems, hay cinco alelos de 1: I, II, III, IV y V, y dos de 2: I y V. Hay muchas hidroxilaciones en el colgeno, adems de otras modificaciones posttraduccionales como glucosilacin o el entrecruzamiento covalente. La finalidad de las hidroxilaciones es aportar grupos capaces de formar enlaces de hidrgeno y, por tanto, estabilizar la estructura. La variacin en la hidroxilacin tambin influye en el tipo de colgeno, ya que el nmero de hidroxilaciones influye mucho en la dureza del tejido final.Despus de la sntesis en el retculo endoplsmico rugoso, la prolina se hidroxila gracias a la prolil hidroxilasa, que incluye oxgeno molecular a la vez que oxida -KG a succinato. La reaccin requiere vitamina C como cofactor. La lisina tambin se hidroxila de modo parecido con la lisil hidroxilasa. Los productos de ambas reacciones son 4-hidroxiprolina y 5-hidroxilisina.La falta de vitamina C provoca una falta de hidroxilacin, con lo que el tejido conjuntivo se vuelve frgil y aparecen los sntomas del escorbuto: cada de pelo, encas sangrantes, dientes flojos. Por esto los marinos llevaban en los barcos frutas frescas que tienen vitamina C.La Hyl se glucosila en su paso por el Golgi, primero con Gal con una galactosil transferasa, y luego con Glc mediante una glucosil transferasa. Con esto queda el oligosacrido Glc(1-2)Gal-N-Lys. No se sabe muy bien por qu se hidroxila as la Hyl, pero el hecho de que ocurra en los extremos de las fibras de colgeno sugiere que tenga algo que ver con el empaquetamiento de estas fibrillas.Para aguantar la tensin los monmeros se entrecruzan covalentemente mediante puentes entre lisinas. Para esto la lisil oxidasa realiza una desaminacin oxidativa sobre el -amino de un residuo de lisina para formar allisina, que es su aldehdo derivado. sta forma una base de Schiff con otra lisina cercana, que luego se reduce y queda un puente de lisina equivalente a un puente disulfuro. Adems, tambin se da entrecruzamiento entre allisina y el enol-derivado de la allisina mediante una condensacin aldlica (recordar 2 Glcidos). La falta de entrecruzamiento provoca una enfermedad llamada latiguismo, que se sufri despus de la Guerra Civil porque se coma harina de semilla de altramuz, que tiene -aminopropionitrilo que es un txico muy potente para la lisil oxidasa porque se une a su centro activo.La fibrilla de tropocolgeno, la triple hlice, slo tiene el 60% de los aminocidos codificados. Esto se explica porque se eliminan los cien primeros residuos N-terminales y los trescientos ltimos C-terminales. Esto se entiende porque los primeros residuos llevan el pptido seal para dirigir la protena a excrecin, y no se necesitan en la protena nativa, pero el caso de los ltimos residuos es curioso, porque tiene muchos residuos de cistena que establecen enlaces disulfuro entre las tres cadenas para favorecer el comienzo de la adquisicin de la estructura tpica del colgeno. Despus de que la molcula ya est formada, el extremo C-terminal no sirve de nada y se elimina. En la matriz las molculas de tropocolgeno se ensamblan en fibrillas en las que cada hueco entre molculas est ligeramente desplazado de respecto al de la fibrilla de al lado. Esto origina un patrn de bandas clar