Aminoacidos y proteinas.

AMINOACIDO, PEPTIDOS Y PROTEÍNAS

• Las proteínas son polímeros formados por monómeros

llamados aminoácidos.

• Hay 20 aminoácidos en la naturaleza, que se combinan

para formar miles de proteínas (muchos grupos

funcionales: alcoholes, tioles, carboxiamidas, etc.)

• Son las macromoléculas más versátiles de los seres

vivos.

ESTRUCTURA DE LOS α-AMINOÁCIDOS

Cα (central)

Grupo amino

Grupo carboxilo

Átomo de Hidrógeno

Cadena lateral R

R

α CH

NH2 COOH

AMINOÁCIDOSPRESENTES

EN LASPROTEÍNAS

“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

El más pequeñoFlexibilidad estr. Hidrofobicidad

(interior de prot.)

Dificulta el plegamiento

AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS


AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS

HidrófoboLigeramente hidrófobosInteracciones hidrofóbicas

Puentes de HidrógenoActividad Enzimática

Absorben la luz en el UV (280 nm)“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

AMINOÁCIDOS CON OH O S

Cadenas débilmente polares (algo hidrófilos)Pueden formar puentes de H con el aguaDos cys pueden formar un puente o enlace disulfuro


AMINOÁCIDOS BÁSICOS

El menos básicoCat. Enzimát. (H+)

Carga + a pH fisiológico

Muy polares, en la superficie de proteínas“Bioquímica” Mathews, van Holde

y Ahern Addison Wesley 2002

AMINOÁCIDOS ÁCIDOS Y SUS AMIDAS

Carga - a pH fisiológico Polares, cadena lateral sin carga

Hidrófilos, en la superficie de proteínas


Aminoácidos Esenciales y no EsencialesAminoácidos Esenciales y no Esenciales

EsencialesEsenciales• ValinaValina• LeucinaLeucina • IsoleusinaIsoleusina• TreoninaTreonina• MetioninaMetionina• FenilalaninaFenilalanina• TriptofanoTriptofano• Arginina Arginina **• Lisina Lisina ****• Histidina Histidina **

* Esencial para los jovenes y todos los animales en crecimiento

** Esencial para los adultos

No esencialesNo esenciales• GlicinaGlicina• AlaninaAlanina• SerinaSerina• CisteinaCisteina• TirosinaTirosina• Ácido AsparticoÁcido Aspartico• Ácido GlutamicoÁcido Glutamico• AsparraginaAsparragina• GlutaminaGlutamina• ProlinaProlina

Ciclo del NitrógenoCiclo del Nitrógeno

Ciclo del nitrógeno

Nitrato NO3

-

Nitrógeno orgánico

+ reducido

+ oxidado

Amonio

Amonificación

Nitrito NO2

Nitrificación por bacterias

Nitrificación por bacterias

NO

N2 Nitrógeno molecular

Desnitrificación por bacterias en ausencia de oxígeno

Fijación de N2

N2 O

ORGANISMOS FIJADORES DE NITRÓGENO

- Cianobacterias o algas verdeazules

- Bacterias libres del suelo

- Bacterias asociadas a raíces de plantas leguminosas

Actinomicetes, hongos asociados con raíces de árboles maderables

Bacterias fijadoras deNitrógeno

Nitrógeno atmosférico

Bacterias

nitrificantes (Nitrobacter)

Bacterias nitrificantes

(Nitrosomonas)

Nitrito

Nitrato

Plantas Superiores

Animales Superiores

Aminoácidos

Amoníaco, urea

Ciclo del Nitrógeno L.G.H.M.

N2

NH3

NO-2

NO-3

Aminoácidos como precursor de Aminoácidos como precursor de compuestos nitrogenadoscompuestos nitrogenados

Proteínas DietéticasProteínas Dietéticas

Proteínas corporalesProteínas corporales Síntesis de aminoácidosSíntesis de aminoácidos no esencialesno esenciales

Reserva de AminoácidosReserva de Aminoácidos

Síntesis de moléculas nitrogenadas de Síntesis de moléculas nitrogenadas de importanciaimportancia

• Porfirinas (compuesto cíclico que atraen iones Porfirinas (compuesto cíclico que atraen iones metálicos) forma el grupo metálicos) forma el grupo Hem Hem que se encuentra en:que se encuentra en:

Hb, Mioglobina, Citocromos y laHb, Mioglobina, Citocromos y laCatalasaCatalasa

• Creatina (gli y arg)Creatina (gli y arg)• Purina y Pirimidina (ácidos nucleicos)Purina y Pirimidina (ácidos nucleicos)• Agentes Neurotransmisores, como:Agentes Neurotransmisores, como:

Dopamina, Norepinefrina, Adrenalina, Dopamina, Norepinefrina, Adrenalina, SerotoninaSerotonina

• MelaminaMelamina

ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOÁCIDOS

ISÓMEROS “Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003

Los aminoáciods son Los aminoáciods son

estructuras tetraédricasestructuras tetraédricas

La estructura tridimensional es de crucial importancia para la función

b) En perspectiva

Representación:

a) Tridimensional


CADENAS LATERALES DE LOS AA

ALIFÁTICOS (Gli, Ala, Val, Leu, Ileu, Pro)

AROMÁTICOS (Phe, Tyr, Trp)

GRUPOS OH, S (Ser, Treo, Cys, Met)

BÁSICOS (His, Arg, Lys)

ÁCIDOS Y SUS AMIDAS (Asp, Glu, Apn, Gln)

AA RAROS

4-hidroxiprolina

δ-hidroxilisina

AA NO PROTEICOS

Ac. γ-aminobutírico

D-Ala, D-Glu

AA NO PROTEICOS

D-Ala, D-Glu

H3N-CH2-CH2-CH2-COO-+

Ac. γ-aminobutírico

( )2

L-Homoserina

L-Ornitina“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

AA MODIFICADOS

OH

4-OH prolina

OH

δ-hidroxilisina

• Fosforilación• Carboxilación• Hidroxilación• Metilación• Acetilación

(Voet)

MODIFICACIONES DE LAS CADENAS LATERALES DE AA

Algunos aminoácidos modificados postraduccionalmenteAlgunos aminoácidos modificados postraduccionalmente

AMINOÁCIDOS QUE NO ESTÁN EN PROTEÍNAS

PROPIEDADES IÓNICAS DE LOS AA (comportamiento ácido-base)

• CURVAS DE TITULACIÓN

• PUNTO ISOELÉCTRICO

CURVAS DE TITULACIÓN

Gli

Curva de titulación del Glu

Curva de titulación de la His

Los procesos bioquímicos se producen in vivo, en el margen de pH fisiológico próximo a 7

pKa de los grupos carboxilo ≈ 2 (a pH 7 ha perdido el protón)

pKa de los grupos amino ≈ 10 (a pH 7 está protonado)

“Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003

SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE AMINOACIDOS Y SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE AMINOACIDOS Y PROTEÍNASPROTEÍNAS

Se basa en la diferente:Se basa en la diferente:

• SolubilidadSolubilidad

• TamañoTamaño

• Carga eléctricaCarga eléctrica

• DensidadDensidad

• Afinidad por otras moléculasAfinidad por otras moléculas

SEPARACIÓN DE PROTEÍNAS

CROMATOGRAFÍA EN COLUMNALas diferentes proteínas se retrasan según sus interacciones con la matriz, de acuerdo a su carga, hidrofobicidad, tamaño o unión a grupos químicos Muestra

aplicada

El solvente se aplica contínuamente a la boca de la columna

Matrizsólida

Tapón poroso

Tubo deensayo

tiempo

Moléculas fraccionadas eluídas y recogidas

http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cellBreak1.html

TRES CLASES DE CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA

A) Intercambio iónico:en base a la cargaDepende del pH yde la fuerza iónica

B) Filtración en gel:en base al tamaño

C) de Afinidad:

Flujo de solvente

Partícula cargada positivamente

Molécula cargada negativamente unidaMolécula cargada positivamente libre

Flujo de solvente

Partículas porosas

Molécula pequeña retrasadaMolécula grande no retrasada

Flujo de solvente

Partícula con sustrato unido covalentemente

Molécula de enzima unida

Otras proteínas pasan de largo


A: CROMATOGRAFÍA DE INTERCAMBIO IÓNICO(Ej: intercambio catiónico)

Las proteínas se separan según su carga a un pH determinado

B: CROMATOGRAFÍA DE FILTRACIÓN O EXCLUSIÓN MOLECULAR

Las proteínas se separan según su tamaño

ELECTROFORESIS EN ACETATO DE CELULOSA

ELECTROFORESIS EN GEL

ELECTROFORESIS EN GEL:Tras aplicar un campo eléctrico las proteínas migran en función del tamaño y de la carga

(solubiliza proteínas)

Electroforesis en SDS-PAGE


Determinación de la masa molecular de una Determinación de la masa molecular de una proteína por la técnica del SDS-PAGEproteína por la técnica del SDS-PAGE

PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO

Los péptidos se forman por la unión de los aminoácidosmediante enlaces covalentes de tipo amida llamados enlaces peptídicos

OLIGOPÉPTIDOS (<20 aa)

POLIPÉPTIDOS (20-50 aa)

PROTEÍNAS (>50 aa)

ESTRUCTURA DEL ENLACE PEPTÍDICO

El enlace peptídico tiene algunas propiedades muy

importantes para la estructura de las proteínas

• Más rígido y corto que un enlace C-N simple

• Los átomos que participan (O, C, N, H) son coplanares

• El grupo de átomos alrededor del enlace peptídico puede

darse en dos configuraciones posibles: trans y cis

• Carácter parcial de doble enlace:

Se le puede considerar un híbrido de resonancia

No se permite giro alrededor del enlace -C-N-

Carácter parcial de doble enlaceCarácter parcial de doble enlace

“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

Átomos coplanaresÁtomos coplanares

Carácter parcial de doble enlace

TETRAPÉPTIDO

Enlaces peptídico Enlaces peptídico

LIBRE ROTACION EN TORNO AL CARBONO LIBRE ROTACION EN TORNO AL CARBONO αα

HIDRÓLISIS DE LOS ENLACES PEPTÍDICOS

Calentando a ebullición (110ºC) en medio ácido (HCl 6M) o base fuerte

Hidrólisis específicaQuímica: BrC=N (-Met-CO-)

Enzimática (Proteasas):Tripsina (-Arg -CO- , -Lys-CO-)Quimotripsina (-aa hidrófobos-CO-)Carboxipeptidasa A (libera el aa C-terminal)

Todas estas enzimas son muy útiles en investigación bioquímica para la fragmentación controlada de polipéptidos

PÉPTIDOS CON ACTIVIDAD BIOLÓGICA

HORMONAS: Insulina y glucagón (metab. de la glucosa)

ANTIBIÓTICOS: Gramicidina S

VENENOS: α-amanitina

NEUROPÉPTIDOS: Encefalinas

ANTIOXIDANTE: Glutation (γ-glutamil-cisteinil-glicina)

INSULINA

GLUTATION

L-Leu D-Phe

L-Orn L-Pro

L-Pro L-Val

D-Phe L-Orn L-Leu

Gramicidina S

Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Met-encefalina

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Leu-encefalina

Péptidos No ProteicosPéptidos No Proteicos

• Carnosina, Carnosina, ββ- alanilhistidina- alanilhistidina y Anserina, y Anserina, ββ- alanil-N-metilhistidina- alanil-N-metilhistidina

Dipéptido presentes en los tejidos Dipéptido presentes en los tejidos musculares de los vertebrados.Participan musculares de los vertebrados.Participan en el amortiguamiento del pH en las en el amortiguamiento del pH en las células musculares.células musculares.

• Glutatión, Glutatión, gama-glutamilcisteinilglicinagama-glutamilcisteinilglicina Presente en todos los organismos. Es el Presente en todos los organismos. Es el péptido simple más abundante en los sistemas péptido simple más abundante en los sistemas biológicos. Funciones:biológicos. Funciones:

Esencial en el hombre para la activación de Esencial en el hombre para la activación de varias varias enzimas y de la insulina.enzimas y de la insulina.

Ayuda a mantener la integridad y funcionalidad de Ayuda a mantener la integridad y funcionalidad de los eritrocitos.los eritrocitos.

Participa en el transporte de AA a través de Participa en el transporte de AA a través de las las membranas celulares.membranas celulares.

Participa en el mantenimiento del estado de Participa en el mantenimiento del estado de oxidación del Fe en la Hg.oxidación del Fe en la Hg.

Actúa como un agente antioxidante.Actúa como un agente antioxidante.

• Gramicidina SGramicidina S• Penicilina bencílicaPenicilina bencílica• Aspartame Aspartame

Dipéptido sintético con propiedades EdulcoranteDipéptido sintético con propiedades Edulcorante

Péptidos ProteicosPéptidos Proteicos

• BradicinaBradicina (nonapéptido) (nonapéptido) y y CalidinaCalidina (decapéptido)(decapéptido)

Agentes hipotensores liberados de proteínas plasmáticas Agentes hipotensores liberados de proteínas plasmáticas específicas y actúan sobre el músculo liso.específicas y actúan sobre el músculo liso.

• Oxitocina y VasopresinaOxitocina y Vasopresina (dos nonapéptidos cíclicos)(dos nonapéptidos cíclicos)

Secretados como hormonas por la pituitaria.Secretados como hormonas por la pituitaria.

La La OxitocinaOxitocina estimula la contracción del músculo uterino en las estimula la contracción del músculo uterino en las mujeres embarazadas y la contracción de los músculos lisos de mujeres embarazadas y la contracción de los músculos lisos de las glándulas mamarias.las glándulas mamarias.

La La VasopresinaVasopresina estimula la constrición de los vasos sanguíneos, estimula la constrición de los vasos sanguíneos, aumenta la presión sanguínea, y tiene un efecto antidiurético al aumenta la presión sanguínea, y tiene un efecto antidiurético al estimular la reabsorción de agua en los riñones. Se le conoce estimular la reabsorción de agua en los riñones. Se le conoce como la como la Hormona antidiurética.Hormona antidiurética.

• Angiotesina I Angiotesina I un decapéptidoun decapéptido que se deriva del extremo N que se deriva del extremo N terminal de una terminal de una αα-globulina específica del plasma producida -globulina específica del plasma producida en el hígado y conocida como el sustrato de la renina. La en el hígado y conocida como el sustrato de la renina. La renina es una enzima protoelítica producida en el riñon y renina es una enzima protoelítica producida en el riñon y secretada al plasma.secretada al plasma.

• Angiotesina IIAngiotesina II un octapéptido un octapéptido con una mayor actividad con una mayor actividad vasopresora.vasopresora.Ambos péptidos elevan la presión sanguínea por su potente Ambos péptidos elevan la presión sanguínea por su potente actividad vasoconstrictora. actividad vasoconstrictora.

αα-globulina plasmática-globulina plasmática↓ ↓ ReninaRenina

Angiotesina I Angiotesina I (decapéptido)(decapéptido) ↓ ↓ Enzima ConvertidoraEnzima Convertidora Angiotesina II Angiotesina II (octapéptido)(octapéptido)

Péptidos Neurotransmisores u opiáceos Péptidos Neurotransmisores u opiáceos tienen efectos tienen efectos analgésicos que mimetiza el efecto de la morfina y analgésicos que mimetiza el efecto de la morfina y otros derivados del opio.otros derivados del opio.

• Leu-encefalina y Met-encefalina Leu-encefalina y Met-encefalina pentapéptidospentapéptidos• Dinorfinas Dinorfinas con 13 residuos de AAcon 13 residuos de AA• Endorfinas (Endorfinas (αα, , ββ y y γγ))

La secuencia de AA de las tres endorfinas y de la La secuencia de AA de las tres endorfinas y de la met-encefalina están presentes en la región del met-encefalina están presentes en la región del extremo C terminal, del residuo 61 al 91, de la extremo C terminal, del residuo 61 al 91, de la ββ-Lipotropina, -Lipotropina, una hormona que estimula la una hormona que estimula la liberación de ácidos grasos del tejido adiposo.liberación de ácidos grasos del tejido adiposo.

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNASCLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS• Se basa en cuatro criterios:Se basa en cuatro criterios:

• Químico (composición)Químico (composición)• SimplesSimples• Conjugadas Conjugadas

(holoproteína = apoproteína + grupo prostético) (holoproteína = apoproteína + grupo prostético)

- Glico-, lipo-, nucleoproteínas- Glico-, lipo-, nucleoproteínas- metalo-, hemo-, flavo-proteínas- metalo-, hemo-, flavo-proteínas

• Estructural (forma)Estructural (forma)• GlobularesGlobulares• Fibrosas Fibrosas

• FunciónFunción • FísicoFísico (solubilidad)(solubilidad)

CLASIFICACIÓN EN BASE A LA FUNCIÓN BIOLÓGICA

• Proteína catalíticas: Proteína catalíticas: EnzimasEnzimas• Proteínas almacenadoras: Proteínas almacenadoras: Caseína, reserva AA, Ca y Caseína, reserva AA, Ca y

P. Ovoalbúmina, reserva AA para el embrión. P. Ovoalbúmina, reserva AA para el embrión. Ferritina, almacena Fe en el bazo y el hígado. Ferritina, almacena Fe en el bazo y el hígado.

• Proteínas de transporte: Proteínas de transporte: Hb, transporta O2. Hb, transporta O2. Sueroalbúmina, transporta ácidos grasos.Sueroalbúmina, transporta ácidos grasos.

• Proteínas contráctiles: Proteínas contráctiles: Miosina y Actina que Miosina y Actina que participan en la contracción muscular.participan en la contracción muscular.

• Proteínas de defensa: Proteínas de defensa: Anticuerpos, Interferones.Anticuerpos, Interferones.• Proteína reguladoras: Proteína reguladoras: Insulina, Somatotropina, la Insulina, Somatotropina, la

hormona del crecimiento.hormona del crecimiento.

• Proteínas estructurales: Proteínas estructurales: αα-Queratina presente en la -Queratina presente en la piel, cabello, uñas, plumas, etc. Colágeno presente en piel, cabello, uñas, plumas, etc. Colágeno presente en tendones, tejidos conectivos, cartílagos y matriz ósea. tendones, tejidos conectivos, cartílagos y matriz ósea. Elastina presente en tejidos conjuntivos.Elastina presente en tejidos conjuntivos.

• Proteínas respiratorias o de transferencia de Proteínas respiratorias o de transferencia de electrones.electrones. Citocromos que forman parte de la cadena Citocromos que forman parte de la cadena de transporte electrónico.de transporte electrónico.

• Proteínas de la visión: Proteínas de la visión: Rodopsina sensible a la luz y Rodopsina sensible a la luz y participa en los fenómenos moleculares asociados con participa en los fenómenos moleculares asociados con el proceso de la visón.el proceso de la visón.

• Proteína tóxicas o toxinas:Proteína tóxicas o toxinas:

Clases de proteínas en función de su Clases de proteínas en función de su estructuraestructura

FIBROSAS:FIBROSAS:Forman largos filamentos u hojasForman largos filamentos u hojasPoseen un solo tipo de estructuraPoseen un solo tipo de estructura secundaria (laminar ó helicoidal)secundaria (laminar ó helicoidal)

GLOBULARES:GLOBULARES:Se pliegan en forma esférica o globularSe pliegan en forma esférica o globularPoseen varios tipos de estructura secundariaPoseen varios tipos de estructura secundariaSuelen presentar otro tipo de estructuraSuelen presentar otro tipo de estructura secundaria (codos o giros secundaria (codos o giros ββ ))

PROTEÍNAS FIBROSAS

Tienen forma filamentosa o alargada

Su función es estructural:• Mantienen unidos diferentes elementos celulares o de tejidos animales.• Son las principales proteínas de la piel, tejido conjuntivo, y de las fibras animales (pelo, seda)

Confieren fuerza y/o elasticidad

Son insolubles en agua (predominan aa hidrófobos)

LAS PROTEÍNAS POSEEN 4 NIVELES DE ORGANIZACIÓN

ESTRUCTURAL:

PRIMARIA: Secuencia de aminoácidos. Enlaces covalentes (enlaces peptídicos y localización de puentes disulfuro)

SECUNDARIA: Plegado local (no incluye cadenas laterales)

TERCIARIA: Plegado global

CUATERNARIA: Asociación de cadenas

2 NIVELES ESTRUCTURALES ADICIONALES:

ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIA

DOMINIO

ESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICAESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICA

• No todas las proteínas contienen los 20AA naturales. La No todas las proteínas contienen los 20AA naturales. La Ribonucleas no contiene Trp, el Colágeno carece de varios AA.Ribonucleas no contiene Trp, el Colágeno carece de varios AA.

• Algunos AA están presentes en las proteínas con menor Algunos AA están presentes en las proteínas con menor frecuencia que otros, caso del Trp, His y Met.frecuencia que otros, caso del Trp, His y Met.

• En la mayoría de las proteínas del 30 al 40% de los residuos En la mayoría de las proteínas del 30 al 40% de los residuos son AA con grupos R no polares. Las proteínas de membrana son AA con grupos R no polares. Las proteínas de membrana tienen un contenido aun mayor de AA no polares.tienen un contenido aun mayor de AA no polares.

• Las proteínas básicas, Histonas, tienen carga + a pH 7, Las proteínas básicas, Histonas, tienen carga + a pH 7, mientras que las proteínas ácidas, Pepsina, tienen carga – a pH 7.mientras que las proteínas ácidas, Pepsina, tienen carga – a pH 7.

• Las proteínas animales son de mayor valor nutritivo, tienen Las proteínas animales son de mayor valor nutritivo, tienen proporciones adecuadas de los AA esenciales.proporciones adecuadas de los AA esenciales.

ESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICAESTUDIO DE LA SECUENCIA PEPTÍDICA

• Las proteínas son polipéptidos con una Las proteínas son polipéptidos con una secuencia secuencia única de aminoácidos definida genéticamenteúnica de aminoácidos definida genéticamente

• Los enlaces covalentes que se encuentran entre los Los enlaces covalentes que se encuentran entre los residuos de AA son enlaces peptídico y puentes de residuos de AA son enlaces peptídico y puentes de disulfuro.disulfuro.

• La La estructura primariaestructura primaria determina los otros niveles determina los otros niveles estructurales y la función biológica de las proteínas.estructurales y la función biológica de las proteínas.

• La secuencia de una proteína es similar entre especies La secuencia de una proteína es similar entre especies pero pero no es idénticano es idéntica

Variación en la Secuencia de aminoácidos en una Variación en la Secuencia de aminoácidos en una

proteínaproteína

CONFORMACIÓN PROTEICA:DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS ÁTOMOS DE UNA

PROTEÍNA

LA INFORMACIÓN QUE CONTIENE LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS DICTA EL MODO EN QUE LA PROTEÍNA SE PLIEGA EN SU ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL, LA CUAL A

SU VEZ DETERMINA LA FUNCIÓN DE LA PROTEÍNA

La cadena de aminoácidos se encuentra parcialmente enrollada en regiones de estructura regular. A este plegado regular local se denomina ESTRUCTURA SECUNDARIA

Estas regiones se pliegan a su vez formando una estructura compacta específica. Este nivel superior de plegado es la ESTRUCTURA TERCIARIA

ESTRUCTURAS SECUNDARIAS REGULARES

• Diferentes tipos de

hélices (Hélice α) Fi (θ) C-N = - 57º

Psi (ψ) C-C = - 47º

• Dos tipos de lámina

plegada (Lámina β) Fi (θ) C-N = - 119º, -139º

Psi (ψ) C-C = 113º, 135º


DISPOSICIÓN EN HÉLICE-α

• El esqueleto polipeptídico se encuentra enrollado alrededor del eje longitudinal de la molécula

• Los grupos R de los aminoácidos sobresalen hacia el exterior

• Es dextrógira

• Tiene 3,6 residuos/vuelta• Tiene 1,5 Amstrong (0,15 nm) entre vuelta y vuelta


ESTABILIZACIÓN DE LA HÉLICE-α • Enlaces de hidrógeno paralelos al eje: entre el O del carbonilo (C=O) y el H de la amida (NH) del 4º residuo hacia adelante de la hélice

• Interacciones entre cadenas lateralesEstabilizan:

• Q+ próximas (3 residuos) a Q-

• Aminoácidos aromáticos próximos (3-4)• Aminoácidos pequeños ó sin carga (Ala, Leu)

Desestabilizan:• Grupos R voluminosos• Secuencias con densidad de carga del mismo

signo• Prolina (es rara)

DISPOSICIÓN EN LÁMINA PLEGADA β U HOJA β

El esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra extendido y dispuesto en zig-zag


FUERZAS QUE LA ESTABILIZAN

Puentes de hidrógeno intercatenarios entre cadenas distintas o regiones alejadas de una misma cadena que se pliega

Se establecen de forma perpendicular al eje de la cadena

Las cadenas implicadas forman una hoja o plano plegado como un acordeón

Los grupos R de los aminoácidos sobresalen de la estructura en direcciones opuestas, alternando arriba y abajo

AMINOÁCIDOS QUE FAVORECEN LAS ESTRUCTURAS β

Secuencias con restos poco voluminosos (Gly, Ala)

TIPOS DE LÁMINA β

PARALELAS: las cadenas están en el mismo sentido

ANTIPARALELAS: las cadenas están en sentido inverso

• Principal constituyente del tejido conjuntivo• Principal proteína estructural del reino animal (presente en tendones, cartílagos, matriz orgánica de los huesos y córnea del ojo)• Forma aprox. un 30% de la proteína total del cuerpo• Poco valor alimenticio

2. COLÁGENO

ESTRUCTURA:•Tiene 3,3 residuos/vuelta (muy extendida):

Gly 33%Ala 11%Pro e Hyp 21% Hidroxi-Lys en menor proporción (lugar de unión a polisacáridos)

• Fragmentos comunes: Gly-Pro-Hyp Gly-X-Pro Gly-X-Hyp• Hélice simple y única• Es levógira

ESTRUCTURA DE LAS FIBRAS DE COLÁGENO


Repulsiones entrePro e OH-Pro

Enlaces cruzados (Lys-OHLys)(Lys-Lys) Dan dureza

Puentes de Hintercatenares

ESTABILIZADA POR:Tropocolágeno

Estructuras secundarias y propiedades de proteínas Estructuras secundarias y propiedades de proteínas fibrosasfibrosas

Estructura Estructura CaracterísticasCaracterísticas Ejemplos de ocurrenciaEjemplos de ocurrencia

α α hélice, entrecruzadahélice, entrecruzada Rígido, estructurasRígido, estructuras αα queratina del pelo, queratina del pelo, plumasplumaspor puentes disulfuropor puentes disulfuro protectoras insolublesprotectoras insolubles uñasuñas

de dureza y flexibilidadde dureza y flexibilidadvariablesvariables

Conformación Conformación ββFilamentos suaves y Filamentos suaves y Fibroína de la sedaFibroína de la sedaflexiblesflexibles

Colágeno héliceColágeno hélice Resistencia a la altaResistencia a la alta Colágeno de los tendones,Colágeno de los tendones,tripletriple tensión, sin estiramientotensión, sin estiramiento matriz de los huesos.matriz de los huesos.

Las proteínas fibrosas son insolubles en agua.Las proteínas fibrosas son insolubles en agua.

ESTRUCTURA TERCIARIA: PROTEÍNAS GLOBULARES

Las proteínas globulares realizan la mayoría del trabajo químico de la célula (síntesis, transporte, metabólico, etc.)

Gracias a la técnica de difracción de rayos X se conocen muchos detalles estructurales de estas proteínas:

• Poseen regiones con estructuras secundarias (hélice α, lámina β) (mioglobina 70% de hélice α)

• Estas regiones se pliegan unas sobre otras dando una estructura terciaria densamente empaquetada de aspecto globular

• Pueden quedar huecos internos en donde se sitúan grupos prostéticos (Ej. Grupo hemo en la mioglobina)

ESTRUCTURA TERCIARIA

Se debe a la formación de enlaces débiles entre grupos de las cadenas laterales de los aminoácidos

ESTRUCTURAS CARACTERÍSTICAS DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES

PLEGAMIENTO O ENSAMBLAMIENTO DE PROTEÍNAS

1. AutoensamblamientoLa proteína se pliega sin ninguna otra ayuda

2. Ensamblamiento dirigidoLa proteína se pliega gracias a la acción deotras proteínas

Una proteína recién sintetizada posee solamentesu estructura primaria. Para que sea plenamentefuncional ha de plegarse correctamente en unaforma tridimensional única.

FACTORES QUE DETERMINAN EL PLEGADO DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES

La secuencia de aminoácidos de una proteína determina su estructura tridimensional nativa o natural

El plegado de una proteína está favorecido energéticamente en condiciones fisiológicas (∆G<0)

Una proteína tiende a plegarse de modo cooperativo, mediante interacciones que se forman o rompen de manera concertada

In vivo, el plegado ocurre a veces con ayuda de otras proteínas denominadas chaperoninas:

• Ayudan a plegarse• Impiden que se plieguen o asocien prematuramente

Los defectos en el plegamiento de proteínas pueden ser fatales.Los defectos en el plegamiento de proteínas pueden ser fatales.

Ej: La enfermedad de losEj: La enfermedad de los priones (Enfermedad de las vacas locas en(Enfermedad de las vacas locas enbovinos y Creutzfeldt-Jakob en humanos). En general, se trata debovinos y Creutzfeldt-Jakob en humanos). En general, se trata deencefalopatías enpongiformes.

Son causadas por la proteína prion.Son causadas por la proteína prion.

FUNCIÓN Y EVOLUCIÓN DE LAS PROTEÍNAS:MIOGLOBINA Y GRUPO HEMO

MIOGLOBINA: proteína que almacena oxígeno en el músculo rojo en prácticamente todas las especies

ESTRUCTURA: • Posee una cadena polipeptídica única• Contiene 8 segmentos con estructura secundaria de

hélice α (nombrados de la A a la H), separados por

segmentos no helicoidales.• Se pliega dando una molécula prácticamente esférica

muy compacta con un hueco en el interior donde se sitúa

el grupo prostético hemo, lugar de unión al oxígeno• El hemo se une de forma no covalente en la hendidura

hidrofóbica o bolsillo hemo.

COORDINACIÓN DEL HIERRO EN LA OXIMIOGLOBINA

Coordinación octaédrica del átomo de hierro

Bolsillo del hemo


DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES

Determinados cambios ambientales producen la desnaturalización ó desplegado de la proteína, con pérdida

de sus propiedades específicas.

FACTORES QUE INFLUYEN:• Calentamiento por encima de su temperatura de

desnaturalización térmica• pH fuertemente ácido ó básico• Presencia de alcohol ó urea

RENATURALIZACIÓN: Restaurando las condiciones fisiológicas se revierte el proceso

DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Consiste en la pérdida de todas las estructuras deorden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria)quedando la proteína reducida a un polímero estadístico.

Consecuencias inmediatas son:

- Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación

- Pérdida de todas sus funciones biológicas

- Alteración de sus propiedades hidrodinámicas

DESNATURALIZACIÓN TÉRMICA DE LA RIBONUCLEASA


Desnaturalización

Renaturalización

Molécula nativa Molécula desnaturalizada

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Unión de varias cadenas polipeptídicas (subunidades ó monómeros)

Especialmente enlaces débiles

La proteína completa se llama oligomérica ó polimérica

Posibilita la existencia de fenómenos de cooperatividad y alosterismo

LA HEMOGLOBINA

Se encuentra en células especializadas, los eritrocitos

Une oxígeno en los pulmones y lo transporta, vía sangre arterial, a los tejidos donde lo libera

Además, une CO2 procedente del metabolismo en los tejidos, y lo transporta, vía sangre venosa, a los pulmones para ser eliminado


ESTRUCTURA DE LA HEMOGLOBINA (Hb)


Tetrámero (α ,β)2 cuyas subunidades son similares a la Mb

TRANSPORTE DE OXÍGENO POR LA HEMOGLOBINA

La Hb capta oxígeno cuando es abundante (pulmones PO2 100 mm Hg) y lo cede cuando disminuye (capilares PO2 30 mm Hg)La curva de unión del oxígeno a la Hb es SIGMOIDEA:

Este comportamiento se debe a fenómenos de COOPERATIVIDAD en la unión de oxígeno. Cada molécula de Hb tiene 4 lugares de unión de O2. La unión del primer O2 produce un cambio conformacional en la molécula, lo que facilita la unión de los siguientes y viceversa

PO2 en los tejidos

PO2 en los pulmones


FENÓMENOS DE COOPERATIVIDAD

En el tetrámero de Hb (αβ)2, las cadenas α /β establecen interacciones fuertes.

Al pasar del estado desoxigenado al oxigenado se produce un cambio estructural que afecta, sobre todo, a la interacción entre subunidades (estructura cuaternaria). Un par α /β rota y se desliza respecto al otro

En menor medida cambia la estructura terciaria de cada subunidad


CAMBIOS ESTRUCTURALES QUE ACOMPAÑAN A LA UNIÓN DEL OXÍGENO

El paso de la forma desoxigenada a la oxigenada explica la unión cooperativa del oxígeno:

1. Se rompen una serie de puentes salinos y enlaces de hidrógeno que afectan a los C-terminales

2. Se crean otros enlaces dando lugar a la conformación más laxa llamada forma relajada (R)

Por tanto, la entrada del primer O2 es más difícil porque han de romperse enlaces iónicos entre subunidades. El resto de las moléculas de O2 encuentran los enlaces rotos y la situación espacial es más favorable

Cuando sale el O2 la Hb vuelve a su conformación desoxi o forma tensa (T) restableciéndose los puentes salinos)

¿CÓMO SE COMUNICA LA ENERGÍA DE LA UNIÓN DE O2

AL CAMBIO CONFORMACIONAL

Existe un reordenamiento de la estructura terciaria y también de la cuaternaria



EFECTOS ALOSTÉRICOS DE OTROS LIGANDOS SOBRE LA Hb

La Hb es una proteína alostérica (=otro sitio), es decir, su afinidad por el O2 se altera por determinados efectores que no actúan directamente sobre el grupo hemo sino que interaccionan en otro lugar de la proteína

EFECTORES ALOSTÉRICOS: 1. CO2

2. H+

3. 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG)

Todos ellos disminuyen la afinidad de la Hb por el O2 (desplazan las curvas de saturación hacia la derecha)

LA Hb RESPONDE A LOS CAMBIOS DE pH MEDIANTE EL EFECTO BOHR

Hb 4O2 + nH+ Hb nH+ + 4O2

En los capilares: hacia la derecha (liberación de O2)En los pulmones: hacia la izquierda (liberación de H+ y, como consecuencia, de CO2)

Este mecanismo puede explicarse porque los sitios de unión de H+ presentan más afinidad en la forma desoxiHb que en la oxiHb

El aumento de H+ ( pH) es una señal de la demanda de O2

y reduce la afinidad de la Hb por el O2

• Además de la liberación de CO2 por los tejidos que respiran, la falta de O2 (músculo en ejercicio) puede dar lugar a la formación anaerobia de ácido láctico que también reduce el pH

BISFOSFOGLICERATO (BPG)

El CO2 y la [H+] actúan de forma rápida para facilitar el intercambio de O2 y CO2

El BPG es un efector que actúa a más largo plazo, permitiendo la adaptación a cambios graduales de la disponibilidad de O2.

El BPG reduce la afinidad de la Hb por el O2:

• Se une a la Hb en una cavidad existente entre las

cadenas β, donde establece interacciones con los grupos

(+) que rodean esta cavidad• En la forma oxiHb la cavidad es pequeña y no puede

unirse el BPG• En la forma desoxiHb se une estabilizando esta

conformación.

Unión del 2,3-BPG a la desoxihemoglobina


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