Aminoacidos y Proteinas - Gonzalez (1)

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AMINOACIDOS Y AMINOACIDOS Y PROTEINASPROTEINAS

Blgo. Dr. José González CabezaBlgo. Dr. José González Cabeza

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGOUNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGOUNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTEUNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJOUNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJOUNIVERSDIAD ALAS PERUANASUNIVERSDIAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE CIENCIAS / MEDICINACÁTEDRA DE MICROBIOLOGÍA Y BIOTECNOLOGÍA

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Aminoácidos: Unidades Estructurales de las Proteinas03

Clasificación de las ProteínasClasificación de las Proteínas02

ConceptoConcepto01

Clasificación de los Aminoácidos.04

Aminoácidos Esenciales.05

La hidrosfera06

CONTENIDOCONTENIDOConcepto

Clasificación de las Proteínas

Aminoácidos: Unidades Estructurales de las Proteinas

Clasificación de los Aminoácidos.

Aminoácidos Esenciales.

Propiedades de los Aminoácidos.

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CONCEPTO DE PROTEÍNASCONCEPTO DE PROTEÍNAS

• La palabra proteína viene del griego = protos que significa "lo más antiguo, lo primero”.

• Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas) de elevado peso molecular; compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas.

• Hay ciertos elementos químicos que todas ellas poseen, pero los diversos tipos de proteínas los contienen en diferentes cantidades.

• Están constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y).

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• Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células; constituyen alrededor del 50% de su peso seco o más en algunos casos.

• Una bacteria puede tener cerca de 1000 proteínas diferentes, pero en una célula humana puede haber 10.000 clases de proteínas distintas.

• Químicamente, las proteínas están formadas por la unión de muchas moléculas relativamente sencillas y no hidrolizables, denominadas Aminoácidos (Aa).

• Los aminoácidos se unen entre sí originando péptidos. Según su tamaño molecular, pueden ser oligopéptidos, formados por no más de 10 Aa y polipéptidos, constituidos por más de 10 Aa.

• Cuando el número de Aa supera los 50 y el polipéptido tiene una estructura tridimensional específica, entonces se habla propiamente de proteínas.

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PROTEÍNAS

Holoproteínas

Proteínas filamentosas

Proteínas globulares

Heteroproteínas

Cromo proteínas

Glucoproteínas

Lipoproteínas

Nucleoproteínas

Fosfoproteínas

CLASIFICACIÓN DE LAS CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNASPROTEÍNAS

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Los AA son compuestos orgánicos de bajo peso molecular. Están compuestos siempre de C, H, O y N y además pueden

presentar otros elementos. Se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (—COOH) y un grupo

amino (—NH2) que se unen al mismo carbono (carbono α).

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Las otras dos valencias del carbono se saturan con un átomo de H y con un grupo variable denominado radical R.

Este radical es el que determina las propiedades químicas y biológicas de cada aminoácido. Según éste se distinguen 20 tipos de aminoácidos.

Aminoácidos: Unidades Estructurales de las Proteínas


8

Numeración de los átomos de carbono de un

aminoácido


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Clasificación de AminoácidosClasificación de Aminoácidos


1. Aminoácidos con R no polar Hidrófobo.2. Aminoácidos con R polar Sin carga, hidrófilos y pueden

establecer puentes de hidrógeno con el agua, favoreciendo su solubilidad.

3. Aminoácidos Ácidos. Presentan carboxilos en el radical R, que normalmente está ionizado negativamente.

4. Aminoácidos Básicos. Presentan un grupo amino en el radical R que se ioniza positivamente.

De los 20 aminoácidos proteicos (hay otros 200 que no forman parte de las proteínas), hay 8 que son esenciales para la especie humana y que deben ser incorporados en la dieta. Sólo los vegetales y las bacterias pueden sintetizarlos, aunque todos los seres vivos los necesitan para fabricar sus proteínas.

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Clasificación de aminoácidosClasificación de aminoácidos- Según la polaridad del Radical - - Según la polaridad del Radical -


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1. Aminoácidos Alifáticos. Son los aminoácidos en los que el radical R es una cadena hidrocarbonada abierta, que puede tener, además, grupos —COOH y —NH2. Los aminoácidos alifáticos se clasifican en neutros, ácidos y básicos.

1. Neutros. Si el radical R no posee grupos carboxilo ni amino.2. Ácidos. Si el radical R presenta grupos carboxilo, pero no

amino.3. Básicos. Si el radical R tiene grupos amino, pero no grupos

carboxilo2. Aminoácidos Aromáticos. Son aquellos cuyo radical R es una cadena

cerrada, generalmente relacionada con el benceno.3. Aminoácidos Heterocíclicos. Aquellos cuyo radical R es una cadena

cerrada, generalmente compleja y con algunos átomos distintos del carbono y del hidrógeno.

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Clasificación de AminoácidosClasificación de Aminoácidos- Según la Estructura del Radical - - Según la Estructura del Radical -


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Son aquellos que los organismos heterótrofos deben tomar de su dieta ya que no pueden sintetizarlos en su cuerpo (los autótrofos pueden sintetizarlos todos)

Las rutas metabólicas para su obtención suelen ser largas y energéticamente costosas, por lo que los vertebrados las han ido perdiendo a lo largo de la evolución (resulta menos costoso obtenerlos en los alimentos).

• EN ADULTOSEN ADULTOS: 8– Fenilalanina– Isoleucina– Leucina– Lisina– Metionina– Treonina– Triptófano– Valina

• EN NIÑOS EN NIÑOS los anteriores y:– Arginina– Histidina

AMINOÁCIDOS ESENCIALESAMINOÁCIDOS ESENCIALES


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AMINOACIDOSESENCIALES

Metionina

Valina

(Histidina)

Treonina

Fenilalanina

Leucina

Isoleucina

Triftófano

Lisina

Frejol y otras

leguminosas

Maiz

Metionina (M)Valina (V) Leucina (L)

Triptófano (W)

Treonina (T)

Isoleucina (I) Fenilalanina (F) Lisina (K)


1. Los AA son compuestos sólidos.

2. Compuestos cristalinos.

3. Presentan un elevado punto de fusión.

4. Son solubles en agua.

5. Tienen actividad óptica.

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6. Presentan un comportamiento químico anfótero. Esto se debe a que a pH=7 presentan una ionización dipolar, llamada zwitterion, que permanece en equilibrio con la forma no iónica. Este estado varía con el pH. A pH alcalino, el grupo carboxilo está ionizado (-COO-) y el grupo amino no. A pH ácido, el grupo amino está ionizado (NH3

+) y el grupo carboxilo no.

PROPIEDADES DE LOS PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS


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pH BAJO = ACIDO pH ALTO = ALCALINO


Todos los aminoácidos, salvo la glicocola o glicina, presentan el carbono α asimétrico, ya que está enlazado a cuatro radicales diferentes: un grupo amino, un grupo carboxilo. un radical R y un hidrógeno.

Debido a esta característica, los aminoácidos presentan actividad óptica, es decir, son capaces de desviar el plano de luz polarizada que atraviesa una disolución de aminoácidos.

Si un aminoácido desvía el plano de luz polarizada hacia la derecha, se denomina dextrógiro (+), y si lo hace hacia la izquierda, levógiro (—).

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Actividad óptica de los AminoácidosActividad óptica de los Aminoácidos


Debido a la presencia del carbono asimétrico, los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones espaciales.

Un aminoácido tendrá una configuración D si al disponerlo en el espacio, de forma que el grupo carboxilo quede arriba, el grupo —NH2 queda situado a la derecha, mientras que, si se encuentra a la izquierda, poseerá una configuración L.

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Estereoisomería de los AminoácidosEstereoisomería de los Aminoácidos

La disposición L o D es independiente de la actividad óptica. Por ello, un L-aminoácido podrá ser levógiro o dextrógiro, e igual ocurrirá con la configuración D.

En la naturaleza, la forma L es la más abundante, y todas las proteínas están formadas por aminoácidos L.


En disolución acuosa, los aminoácidos muestran un comportamiento anfótero, es decir, pueden ionizarse, dependiendo del pH, como un ácido (los grupos -COOH liberan protones, quedando como -COO- ), como una base (los grupos -NH2 captan protones, quedando como -NH3

+) o como un ácido y una base a la vez.

En el último caso los aminoácidos se ionizan doblemente, apareciendo una forma dipolar iónica llamada zwitterion.

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Comportamiento Químico: Comportamiento Químico: Propiedades Ácido-básicas Propiedades Ácido-básicas


La forma dipolar, en un medio ácido, capta protones y se comporta como una base y en un medio básico libera protones y se comporta como un ácido.

El pH en el cual el aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra, con tantas cargas positivas como negativas, se denomina punto isoeléctrico.

El carácter anfótero de los aminoácidos permite la regulación del pH, ya que se comporta como un ácido o como una base según le convenga al organismo.

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El punto isoeléctrico es el valor de pH al que el aminoácido presenta una carga neta igual al cero


1. En un enlace peptídico, los átomos del grupo carboxilo y del grupo amino se sitúan en un mismo plano, con distancias y ángulos fijos.

2. Los grupos de aminoácidos unidos por este enlace se denominan residuos para resaltar la pérdida de una molécula de agua en cada enlace.

3. El amino libre de un extremo y el carboxilo libre del otro extremo de la cadena reciben el nombre de N-terminal y C-terminal respectivamente. Por convenio, los aminoácidos se numeran desde el N-terminal.

Enlace PeptídicoEnlace Peptídico

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4. El enlace peptídico tiene un comportamiento similar al de un enlace doble, es decir, presenta una cierta rigidez que inmoviliza en un plano los átomos que lo forman.

5. Además es un enlace más corto que otros enlaces C-N. Esto le impide girar libremente, los únicos enlaces que pueden girar son los Cα-C y los Cα-N que no corresponden al enlace peptídico.

Enlace PeptídicoEnlace Peptídico

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29


30

Debido a que solamente se encuentran 20 aminoácidos en la proteínas y a que la cadena de proteínas puede estar formada por cientos de aminoácidos, el numero de arreglos posibles de aminoácidos va mas a la de la imaginación. La naturaleza hace solo uso de algunas de estas combinaciones, pero aun en este caso, el numero de combinaciones de las proteínas es muy grande.

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Péptidos y Oligopéptidos de Interés Péptidos y Oligopéptidos de Interés BiológicoBiológico

Existen algunos péptidos cortos con función biológica. Entre ellos podemos citar:

•El tripéptido glutatión (que actúa como transportador de hidrógeno en algunas reacciones metabólicas).

•Los nanopéptidos oxitocina y vasopresina (con actividad hormonal), la insulina y el glucagón que regulan la concentración de glucosa en sangre.

•Los decapéptidos tirocidina, gramicidina y valinomicina (antibióticos).


La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales ( o cuatro niveles de organización) denominados:

1. ESTRUCTURA PRIMARIA2. ESTRUCTURA SECUNDARIA3. ESTRUCTURA TERCIARIA 4. ESTRUCTURA CUATERNARIA

Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNASESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

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La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína.

Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran.

La secuencia de una proteína se escribe enumerando los aminoácidos desde el extremo N-terminal hasta el C-terminal.

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Estructura PrimariaEstructura Primaria


La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos y de la forma que ésta adopte. El cambio de un solo aa de la secuencia de la proteína puede tener efectos muy importantes, como el cambio de un solo aa en la hemoglobina humana que provoca la anemia falciforme.

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(b) Célula falciforme Hemoglobina de célula falciforme

21 3

64

6

54

32

1

… 146

7

5

7

….146

(a) Eritrocito normal Hemoglobina normal

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La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos o estructura primaria en el espacio.

Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de las proteínas, y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.

Son conocidos tres tipos de estructura secundaria: la α-hélice, la hélice de colágeno y la conformación β o lámina plegada β. La estructura secundaria de la cadena polipeptídica depende de los aminoácidos que la forman.

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Estructura SecundariaEstructura Secundaria


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Las interacciones no covalentes entre los restos laterales de los aminoácidos dan origen a la estructura secundaria.

Esta conformación viene dada por puentes de hidrógeno intercatenarios.

La estructura secundaria puede ser:Conformación α (Hélice).Conformación β (Hoja plegada).

Si bien las conformaciones anteriores son las más usuales, existen otras menos frecuentes.

Existen sectores de los polipéptidos cuya estructura no está bien definida: los enroscamientos aleatorios o “ad-random”.

Estructura SecundariaEstructura Secundaria


40


41

En la estructura terciaria de una proteína globular típica se mezclan segmentos de hélice α con segmentos de enrollamiento al azar en los puntos donde se dobla la hélice.

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Estructura en forma de bastón.

Los restos laterales de los aminoácidos se ubican de forma perpendicular al eje de la hélice.

Los enlaces puente de hidrógeno se establecen entre el hidrógeno unido al nitrógeno y el oxígeno del primitivo carboxilo.

α-héliceα-hélice


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Hélice alfa Lamina

Beta


La estructura secundaria en α-hélice se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria.

Esto se debe a la formación espontánea de enlaces de hidrógeno entre el —CO— de un aminoácido y el —NH— del cuarto aminoácido que le sigue.

En la α-hélice, los oxígenos de todos los grupos —CO— quedan orientados en el mismo sentido, y los hidrógenos de todos los grupos —NH— quedan orientados justo en el sentido contrario.

La α-hélice presenta 3,6 aminoácidos por vuelta y la rotación es hacia la derecha.

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α-héliceα-hélice


El colágeno posee una disposición en hélice especial, mas alargada que la α-hélice, debido a la abundancia de prolina e hidroxiprolina.

Estos aa poseen una estructura que dificulta la formación de enlaces de hidrógeno, por lo que se forma una hélice más extendida, con sólo tres aminoácidos por vuelta.

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Hélice de colágenoHélice de colágeno


Su estabilidad viene dada por la asociación de tres hélices empaquetadas, para formar la triple hélice o superhélice que es la responsable de la gran fuerza de tensión del colágeno.

Las tres hélices se unen mediante enlaces covalentes y enlaces débiles de tipo puente de hidrógeno. Las maromas y cables se construyen de forma semejante a esta triple hélice.

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Hay algunas alteraciones del colágeno que provocan síndromes como el del «hombre de goma» o el Síndrome de Marfán que padecía Paganini y que explicaba sus dedos largos e hiperextensibles.


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Son estructuras flexibles que no se pueden estirar.

Los restos laterales se ubican hacia arriba y hacia abajo del plano de las hojas.

Conformación-βConformación-β


Los aminoácidos forman una cadena en forma de zig-zag. No existen enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos próximos de

la cadena polipeptídica. Si que existen enlaces de hidrógeno intercatenarios, en los que participan todos los enlaces peptídicos, dando una gran estabilidad a la estructura.

Las dos cadenas se pueden unir de dos formas distintas; paralela y antiparalela. Esta última es un poco mas compacta y aparece con mayor frecuencia en las proteínas.

Si la cadena con conformación β se repliega sobre si misma, se pueden establecer puentes de hidrógeno entre segmentos, antes distantes, que ahora han quedado próximos. Esto da lugar a una lámina en zig-zag muy estable denominada β-lámina plegada. Esta estructura también se puede formar entre dos o mas cadenas polipeptídicas diferentes.

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ANTIPARALELA

PARALELA



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Cada grupo carbonilo peptídico está unido mediante enlace de hidrógeno al hidrógeno del grupo N-H de una cadena peptídica adyacente.

Este ordenamiento puede hacer que se alineen muchas moléculas de péptidos unas al lado de las otras, dando lugar a una lámina bidimensional.


Muchas proteínas globulares presentan segmentos con conformación β alternados con segmentos de estructura en α-hélice.

En general, las proteínas que se quedan en la estructura secundaria, dan lugar a proteínas filamentosas alargadas.

Son insolubles en agua y soluciones salinas y realizan funciones esqueléticas.

Ej.: La α-queratina del pelo, plumas, uñas, cuernos, etc, la fibroína del hilo de seda y de las telarañas, y la elastina del tejido conjuntivo, que forma una red deformable por la tensión.

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Características de la Hoja plegada (beta-lamina):

Los grupos C=O y N-H de los enlaces peptídicos de cadenas adyacentes (o de segmentos adyacentes de una misma cadena) están en el mismo plano apuntando uno hacia el otro, de tal forma que se hace posible el enlace de hidrogeno entre ellos.

Los puentes de hidrogeno son mas o menos perpendiculares al eje principal de la estructura en hoja plegada.

Todos los grupos R en cada una de las cadenas alternan, primero arriba del eje de la lamina, después abajo del mismo, y así sucesivamente.



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Secuencias de la cadena polipeptídica con estructura α o β a menudo están conectadas entre sí por medio de los llamados giros β. Son secuencias cortas, con una conformación característica que impone un brusco giro de 180o a la cadena principal de un polipéptido.

Giros Giros ββ

AA como Asn, Gly y Pro (que se acomodan mal en estructuras de tipo α o β) aparecen con frecuencia en este tipo de estructura.

La conformación de los giros β está estabilizada generalmente por medio de un puente de hidrógeno entre los residuos 1 y 4 del giro β.

Sirven para que la proteína adopte estructuras más compactas.


55

La conformación terciaria de una proteína globular es la conformación tridimensional del polipéptido plegado.

Las interacciones en el plegamiento de la estructura secundaria son: Interacciones hidrofóbicas entre

restos laterales no polares.Uniones de Van der Waals.Puentes de Hidrógeno. Interacciones salinas.Puentes Disulfuro.

Funciones de las proteínas dependen del plegamiento que adopten.

Esta estructura está altamente influenciada por la estructura primaria.

Estructura TerciariaEstructura Terciaria


Es disposición espacial de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular.

La conformación globular en las proteínas facilita su solubilidad en agua y en disoluciones salinas. Esto les permite realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc.

Las conformaciones globulares se mantienen estables por la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos.

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Estructura TerciariaEstructura Terciaria

Lámina βLámina β

Hélice αHélice α


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Residuoshidrofóbicos

Residuospolares


SCH2

R

H

H

HN N

CH2

H

C

O

R

H

H

C,M

E,G,N,Q

HO CH2

HO CH

R

HN

HCH2

HN

HC

O

NH

H C

NH2+

NH

Y

S,T

K

R

N,Q

AceptoresAceptores

DonadoresDonadores

Enlaces de hidrógeno en estructura terciaria


Enlaces salinos o iónicos en estructura terciaria

CH2 NH3

K

RCH2 NH

C

NH2

NH2

H

HN

NH

CH2

OOC CH2

D,E


Enlaces covalentes en estructura terciaria: disulfuro

S

S


Enlaces covalentes en estructura terciaria: amida

N

C

N

C

N

C

O

N

H

O

H

O

H

R

R

H

N

C

N

C

C

N

O

H

H

O

R

H

O

D,E K


62

Interacciones que Interacciones que intervienen en el intervienen en el plegamiento de la plegamiento de la

estructura terciariaestructura terciaria

Interacciones que Interacciones que intervienen en el intervienen en el plegamiento de la plegamiento de la

estructura terciariaestructura terciaria


En los tramos rectos, la cadena polipeptídica posee estructura secundaria de tipo α-hélice o β-lámina.

En los codos o giros presenta secuencias sin estructura precisa. Existen combinaciones estables, compactas y de aspecto globular de

α-hélice y conformación-β que aparecen repetidamente en proteínas distintas.

Reciben el nombre de dominios estructurales y cada dominio se pliega y se desnaturaliza casi independientemente de los demás.

Evolutivamente, se considera que los dominios estructurales han servido como unidades modulares para constituir diferentes tipos de proteínas globulares.

Los distintos dominios suelen estar unidos por zonas estrechas o “cuellos”, lo que posibilita un cierto movimiento rotacional. Así, al separarse dos dominios, permiten la introducción de la molécula de sustrato y, al acercarse, la fijan para actuar sobre ella.

63


64

Enlaza a un pequeño ligando. “Atravesar” la membrana plasmática. Contiene el sitio catalítico (enzimas). Enlazar al DNA (en factores de transcripción). Provee una superficie para enlazarse

específicamente a otra proteína.

Funciones de los Dominios:Funciones de los Dominios:A menudo un dominio realiza una función especifica y separada para la proteína:


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1. La estructura cuaternaria es la unión mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciana, idénticas o no, para formar un complejo proteico.

2. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero (subunidad o monómero)

3. Según el número de protómeros que se asocian. las proteínas que tienen estructura cuaternaria se denominan:• Dímeros, como la hexoquinasa.• Tetrámero como la hemoglobina.• Pentámeros, como la RNA-polimerasa.• Polímeros, cuando en su composición intervienen gran número

de protómeros. (cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 subunidades proteicas; los filamentos de actina y miosina de las células musculares, etc).

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Estructura cuaternariaEstructura cuaternaria


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Las interacciones que estabilizan esta estructura son en general uniones débiles:

Interacciones hidrofóbicas.Puentes de hidrógeno.Interacciones salinas.Fuerza de Van der Waals.En algunas ocasiones puede

haber enlaces fuertes tipo puentes disulfuro, en el caso de las inmunoglobulinas.

Estructura CuaternariaEstructura Cuaternaria


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Reduce la cantidad de información genética necesaria. El ensamblaje y la disgregación se controlan fácilmente, ya que las

subunidades se asocian por enlaces débiles. Los mecanismos de corrección pueden excluir durante el

ensamblaje las subunidades defectuosas, con lo que disminuyen los errores en la síntesis de la estructura.

Se pueden distinguir dentro de las estructuras cuaternarias dos tipos:

Homotípicas: Las cadenas polipeptídicas son idénticas o casi idénticas.

Heterotípicas: Las subunidades poseen estructuras muy diferentes.

71

El uso de subunidades menores para construir grandes estructuras presenta varias ventajas:


72

EN RESUMEN, LA ESTRUCTURA DE EN RESUMEN, LA ESTRUCTURA DE UNA PROTEÍNA.UNA PROTEÍNA.

PRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA CUATERNARIAPRIMARIA SECUNDARIA TERCIARIA CUATERNARIA

SecuenciaSecuencia ConformaciónConformación AsociaciónAsociación

Hélice

Hoja Plegada

Globular

Fibrosa

Subunidades iguales

Subunidades distintas

Combinación ilimitada de

aminoácidos.

Unión Peptídica

Puente de Hidrógeno

Puente de Hidrógeno, Interacciones hidrofóbicas,

salinas, electrostáticas.

Fuerzas diversas no covalentes.


PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS

Las propiedades de las proteínas dependen sobre todo de los radicales R libres y de que éstos sobresalgan de la molécula y, por tanto, tengan la posibilidad de reaccionar con otras moléculas.

El conjunto de aminoácidos de una proteína cuyos radicales poseen la capacidad de unirse a otras moléculas y de reaccionar con éstas se denomina centro activo de la proteína.

73


74


Las proteínas globulares poseen un elevado tamaño molecular, por lo que al disolverse, dan lugar a disoluciones coloidales.

La solubilidad de estas moléculas se debe a los radicales R que, al ionizarse, establecen puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. Así, la proteína queda recubierta de una capa de moléculas de agua que impide que se pueda unir a otras proteínas, lo que provocaría su precipitación.

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SolubilidadSolubilidad

La solubilidad depende del pH, temperatura, concentración iónica. A pesar de ser solubles, la mayoría de las membranas biológicas son impermeables al paso de proteínas.

Capa de moléculas de agua


Consiste en la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria) quedando la proteína reducida a un polímero con estructura primaria.

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 y Desnaturalización y RenaturalizaciónRenaturalización


Agentes DesnaturalizantesI. FÍSICOS

1.Calor. La mayor parte de las proteínas experimentan desnaturalizaciones cuando se calientan entre 50 y 60°C; otras se desnaturalizan también cuando se enfrían por debajo de los 10 a 15°C.2.Radiaciones.

II. QUÍMICOS: Todos los agentes que rompen interacciones o enlaces presentes en la estructura nativa de la proteína:

1.Detergentes.2.Urea y guanidina a altas concentraciones.3.Altas concentraciones de sal y extremos de pH.4.Reactivos de grupos -SH


HOCH2 CH2 SH

CH2 SH

HOCH

HCOH

CH2 SH

C O

NH2

NH2

C NH

NH2

NH2

O S

O

O

O-

2-mercaptoetanol

Ditiotreitol (DTT)

Dodecilsulfato sódico (SDS, laurilsulfato)

Urea

Guanidina

Agentes desnaturalizantes


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La especificidad es doble: De Especie. De Función.

Especificidad de Especie En su secuencia de aminoácidos, las proteínas presentan dos tipos de sectores:

• Sectores estables • Sectores variables. Algunos aminoácidos pueden ser sustituidos

por otros distintos sin que se altere la funcionalidad de la molécula.

Ello ha dado lugar, durante la evolución, a una gran variabilidad de proteínas, lo que permite que cada especie tenga sus proteínas específicas y que, incluso, aparezcan diferencias entre individuos de la misma especie (rechazo en trasplantes de tejidos).Las diferencias entre proteínas homologas, es decir, con la misma función, son grandes entre especies alejadas evolutivamente y escasas entre especies emparentadas.

80

EspecificidadEspecificidad


Especificidad de Función

La especificidad también se refiere a la función.

Cada proteína realiza una determinada función exclusivamente, por ejemplo, catalizar cierta reacción química sobre cierto substrato y no sobre otro.

La especificidad se debe a que su actuación se realiza mediante interacciones selectivas con otras moléculas, para lo que necesitan una determinada secuencia de aa y una conformación concreta.

Un cambio en la secuencia o conformación puede impedir la unión y por lo tanto dificultar la función.

81


Las proteínas, al estar constituidas por aminoácidos, tienen un comportamiento anfótero. Tienden a neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y, por tanto, liberar o retirar protones (H+) del medio.

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Capacidad Amortiguadora Capacidad Amortiguadora


CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNASCLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS Se clasifican en:

• Holoproteínas: Formadas solamente por aminoácidos.• Heteroproteínas: Formadas por una fracción proteínica y por un

grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético”. Se clasifican según la naturaleza del grupo prostético.

83

PROTEÍNAS

HoloproteínasProteínas filamentosas

Proteínas globulares

Heteroproteínas

Cromoproteínas

Glucoproteínas

Lipoproteínas

Nucleoproteínas

Fosfoproteínas


84

PROTEÍNA

CARACTERÍSTICAS EJEMPLOS

ALBUMINAS Son solubles en agua, pueden ser precipitadas de la solución por el agregado de sales a alta concentración. Son ricas en S.

Ovoalbúmina

Lactoalbúmina

GLOBULINAS Son insolubles en agua, pero se disuelven en soluciones salinas diluidas. Precipitan más fácilmente que las albúminas por adición de sales.

Ovoglobulina

Lactoglobulina

HISTONAS Son solubles en soluciones salinas, fuertemente básicas, con gran proporción de aminoácidos como lisina y arginina. Están unidas al DNA.

H1, H2A, H2B,

H3, H4

ESCLERO-

PROTEINAS

Son muy insolubles. Son moléculas largas y fibrosas que se agregan para formar fibras grandes. Forman parte de tejidos de sostén y estructuras de gran resistencia física

Colágeno

Elastina

PR

OT

EIN

AS

SIM

PL

ES

PROTEINA GRUPO PROSTETICO EJEMPLOS

NUCLEOPROTEINAS RNA Ribosomas

LIPOPROTEINAS Fosfolípidos, colesterol, lípidos neutros - Lipoproteinas

GLUCOPROTEINAS Hexosamina, galactosa, manosa, ác. siálico -Globulinas

FOSFOPROTEINAS Fosfato esterificado a restos de serina Caseína, Vitelina

FLAVOPROTEINAS Flavín nucelótido Succinato Dhasa

METALOPROTEINAS Fe (OH)3

Fe y CuZn

D-aminoácido oxidasaCitocromo oxidasaAlcohol deshidrogenasa

PR

OT

EIN

AS

CO

MJU

GA

DA

S


85

Tipos y ejemplos Localización y función

Enzimas

Hexocinasa Fosforila a la glucosa

Lactato Deshidrogenasa Deshidrogena al lactato

Ribonucleasa Cataliza la hidrólisis del ác. ribonucleico

Tripsina Hidroliza algunos péptidos

Hormonas

Horm. adrenocorticotropa Regula la síntesis de corticosteroides

Hormona del crecimiento Estimula el crecimiento de huesos

Insulina Regula el metabolismo de la glucosa

Proteínas reguladoras

Calmodulina Modulador intracelular fijador de calcio

Troponina C Fijador de calcio que regula la contracción en el músculo

Proteínas de reserva

Caseína Proteína de la leche

Ferritina Almacenamiento de hierro en bazo

Ovoalbúmina Proteína de la clara de huevo

CLASIFICACION DE ACUERDO CON SU FUNCION


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Tipos y ejemplos Localización y función

Proteínas transportadoras

Albúmina sérica Transporta ácidos grasos en la sangre

Beta-lipoproteína Transporte de lípidos en sangre

Hemoglobina Transporte de O2 en la sangre.

Mioglobina Transporte de O2 en músculo

Proteínas contráctiles

Actina Filamentos móviles de las miofibrillas

Dineína Cilios y flagelos

Miosina Filamentos estáticos de las miofibrillas

Proteínas relacionadas con la inmunidad y la defensa

Anticuerpos Forman complejos con las proteínas extrañas

Fibrinógeno Precursor de la fibrina en la coagulac. sanguínea

Trombina Componente del mecanismo de coagulación

Proteínas estructurales

Colágeno Tj. conectivo fibroso (tendones, hueso y cartílago)

Elastina Tejido conectivo elástico (ligamentos)

- Queratina Piel, plumas, uñas y pezuñas


Globulares:

1. Prolaminas: Zeína (maíza), gliadina (trigo), hordeína (cebada) 2. Gluteninas: Glutenina (trigo), orizanina (arroz). 3. Albúminas: Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo),

lactoalbúmina (leche) 4. Hormonas: Insulina, HMG, prolactina, tirotropina 5. Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas .

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HOLOPROTEÍNASHOLOPROTEÍNAS

Más complejas que las fibrosas. Forman estructuras compactas, casi esféricas, solubles en agua o disolventes polares. Son responsables de la actividad celular

Más complejas que las fibrosas. Forman estructuras compactas, casi esféricas, solubles en agua o disolventes polares. Son responsables de la actividad celular


Fibrosas:

1. Colágenos: en tejidos conjuntivos, cartilaginosos 2. Queratinas: En formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas,

cuernos. 3. Elastinas: En tendones y vasos sanguíneos 4. Fibroínas: En hilos de seda, (arañas, insectos)

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HOLOPROTEÍNASHOLOPROTEÍNAS

Más simples que las globulares. Forman estructuras alargadas, ordenadas en una sola dimensión, formando haces paralelos. Son responsables de funciones estructurales y protectoras

Más simples que las globulares. Forman estructuras alargadas, ordenadas en una sola dimensión, formando haces paralelos. Son responsables de funciones estructurales y protectoras


1. Glucoproteínas: Ribonucleasa mucoproteínas, anticuerpos, hormona luteinizante.

2. Lipoproteínas: De alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre.

3. Nucleoproteínas: Nucleosomas de la cromatina, ribosomas, histonas y protaminas de eucariotas.

4. Cromoproteínas: Pueden ser de dos tipos:a) Porfirínicas: Hemoglobina, mioglobina que transportan

oxígeno, citocromos, que transportan electrones b) No Profirínicas: Como la hemocianina (pigmento respiratorio

de crustáceos y moluscos, de color azul y que contiene cobre).

5. Fosfoproteínas: Tienen PO4H3 en el grupo prostético. La caseína de la leche.

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HETEROPROTEÍNASHETEROPROTEÍNAS


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FUNCIONES Y EJEMPLOS DE FUNCIONES Y EJEMPLOS DE PROTEÍNAS:PROTEÍNAS:

1. Estructural

2. Enzimática

3. Hormonal

4. Defensiva

5. Transporte

6. Reserva

7. Función homeostática

8. Anticongelante

9. Actividad contráctilBlgo. Dr. José González CabezaBlgo. Dr. José González Cabeza

Es una de las funciones más características:

Algunas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares. Intervienen en el transporte selectivo de iones (bomba de Na-K).

Otras proteínas forman el citoesqueleto de las células, las fibras del huso, de los cilios y flagelos.

Otras, como las histonas forman parte de los cromosomas eucariotas.

El colágeno, que mantiene unidos los tejidos animales y forma los tendones y la matriz de los huesos y cartílagos.

La elastina, en el tejido conjuntivo elástico (ligamentos paredes de vasos sanguíneos).

La queratina, que se sintetiza en la epidermis y forma parte de pelos, uñas, escamas de reptiles, plumas, etc.

La fibroína, que forma la seda y las telas de arañas. Es una disolución viscosa que solidifica rápidamente al contacto con el aire.

Es una de las funciones más características:

Algunas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares. Intervienen en el transporte selectivo de iones (bomba de Na-K).

Otras proteínas forman el citoesqueleto de las células, las fibras del huso, de los cilios y flagelos.

Otras, como las histonas forman parte de los cromosomas eucariotas.

El colágeno, que mantiene unidos los tejidos animales y forma los tendones y la matriz de los huesos y cartílagos.

La elastina, en el tejido conjuntivo elástico (ligamentos paredes de vasos sanguíneos).

La queratina, que se sintetiza en la epidermis y forma parte de pelos, uñas, escamas de reptiles, plumas, etc.

La fibroína, que forma la seda y las telas de arañas. Es una disolución viscosa que solidifica rápidamente al contacto con el aire. 91

EstructuralEstructural


• Es la función más importante. • Las enzimas son las proteínas más numerosas y especializadas y

actúan como biocatalizadores de las reacciones que constituyen el metabolismo celular.

• Se diferencian de los catalizadores no biológicos porque las enzimas son específicas de la reacción que catalizan y de los sustratos que intervienen en ellas.

• Es la función más importante. • Las enzimas son las proteínas más numerosas y especializadas y

actúan como biocatalizadores de las reacciones que constituyen el metabolismo celular.

• Se diferencian de los catalizadores no biológicos porque las enzimas son específicas de la reacción que catalizan y de los sustratos que intervienen en ellas.

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• Insulina y glucagón. • Hormona del crecimiento segregada por la hipófisis.• Calcitonina.

• Insulina y glucagón. • Hormona del crecimiento segregada por la hipófisis.• Calcitonina.

EnzimáticaEnzimática

Hormonal Hormonal

• Inmunoglobulina, trombina y fibrinógeno• Inmunoglobulina, trombina y fibrinógeno

DefensivaDefensivaBlgo. Dr. José González CabezaBlgo. Dr. José González Cabeza

• Además de las proteínas transportadoras de las membranas, existen otras extracelulares que transportan sustancias a lugares diferentes del organismo.

• Hemoglobina, la hemocianina y la mioglobina del músculo estriado.

• Los citocromos transportan electrones en la cadena respiratoria (mitocondrias) y en la fase luminosa de la fotosíntesis (cloroplastos).

• La seroalbúmina transporta ácidos grasos, fármacos y productos tóxicos por la sangre.

• Las lipoproteínas transportan el colesterol y los triacilglicéridos por la sangre.

• Además de las proteínas transportadoras de las membranas, existen otras extracelulares que transportan sustancias a lugares diferentes del organismo.

• Hemoglobina, la hemocianina y la mioglobina del músculo estriado.

• Los citocromos transportan electrones en la cadena respiratoria (mitocondrias) y en la fase luminosa de la fotosíntesis (cloroplastos).

• La seroalbúmina transporta ácidos grasos, fármacos y productos tóxicos por la sangre.

• Las lipoproteínas transportan el colesterol y los triacilglicéridos por la sangre.

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TransporteTransporte


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En general, las proteínas no se utilizan para la obtención de energía. No obstante, algunas como la ovoalbúmina de la clara de huevo, la caseína de la leche o la gliadina de la semilla de trigo, son utilizadas por el embrión en desarrollo como nutrientes.

En general, las proteínas no se utilizan para la obtención de energía. No obstante, algunas como la ovoalbúmina de la clara de huevo, la caseína de la leche o la gliadina de la semilla de trigo, son utilizadas por el embrión en desarrollo como nutrientes.

Las proteínas intracelulares y del medio interno intervienen en el mantenimiento del equilibrio osmótico en coordinación con los tampones.

Las proteínas intracelulares y del medio interno intervienen en el mantenimiento del equilibrio osmótico en coordinación con los tampones.

ReservaReserva

Función homeostáticaFunción homeostática


Presentes en el citoplasma de ciertos peces antárticos.Presentes en el citoplasma de ciertos peces antárticos.

El movimiento y la locomoción en los organismos unicelulares y pluricelulares dependen de las proteínas contráctiles: • la dineína, en cilios y flagelos, • la actina y miosina, responsables de la contracción muscular.

El movimiento y la locomoción en los organismos unicelulares y pluricelulares dependen de las proteínas contráctiles: • la dineína, en cilios y flagelos, • la actina y miosina, responsables de la contracción muscular.

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AnticongelanteAnticongelante

Función contráctilFunción contráctil


El plegamiento de las proteínas El plegamiento de las proteínas in vivoin vivo requiere la ayuda de dos requiere la ayuda de dos tipos de proteínas especiales:tipos de proteínas especiales:

Las chaperonas moleculares Las chaperonas moleculares (proteínas Hsp 70) se fijan a los (proteínas Hsp 70) se fijan a los polipétidos nacientes que polipétidos nacientes que emergen de los ribosomas e emergen de los ribosomas e impiden su plegamiento impiden su plegamiento erróneo.erróneo.

Chaperonas

Proteína plegada

PolipéptidoCompletoliberado

Las chaperoninas, cubren las proteínas parcialmente plegadas o mal plegadas en una cavidad semejante a un barril, y le proporcionan tiempo adicional para que alcancen un plegamiento correcto.

PLEGAMIENTO, MODIFICACION Y PLEGAMIENTO, MODIFICACION Y DEGRADACION DE LAS PROTEINASDEGRADACION DE LAS PROTEINAS


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……muchas graciasmuchas gracias..


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www.gonzalezcabeza.comwww.gonzalezcabeza.com

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Las alteraciones de las proteínas pueden ser de dos categorías: modificación química y Las alteraciones de las proteínas pueden ser de dos categorías: modificación química y procesamiento.procesamiento.

La modificación química incluye la unión de un grupo químico a los grupos terminales amino La modificación química incluye la unión de un grupo químico a los grupos terminales amino o carboxilo, o a los grupos reactivos de las cadenas laterales de los residuos internoso carboxilo, o a los grupos reactivos de las cadenas laterales de los residuos internos

Modificación Sitio Target Proceso celular

Fosforilación Ser, Tre, Tri Señalización activación

Glicosilación Asn, Ser, Tre Actividad proteica

Metilación Arg, Lis, His, Glu Reparación proteica, quimiotaxis

Hidroxilación Pro, Lis, Asn, Asp Estructura del colágeno

Prenilación Cis Señalización, oncogenesis

Palmitoilación Cis Asociación a membrana

Miristoilación N-terminal Asociación a membrana

NH2

CH

C

H2C

OH

O

H2C

H2C

H2C NH2

NH2

CH

C

H2C

OH

O

H2C

H2C

H2C

HN

C

O

Ej. Acetilación de lisina


El procesamiento incluye eliminación de segmentos peptídicos y suele ser irreversible • La degradación de proteínas puede realizarse por vías extra e intracelulares. • La principal vía extracelular es el sistema de proteasas digestivas, que en el intestino

degradan las proteínas ingeridas a polipéptidos Ej. exopeptidasas.

• Las células poseen varías vías proteolíticas intracelulares para degradar proteínas mal plegadas o desnaturalizadas o proteínas normales cuya concentración debe disminuir.

• Una de las principales vías intracelulares es la degradación por enzimas lisosomales.• Los mecanismos citosólicos para la degradación de proteínas involucra que ciertas

secuencias internas marquen las proteínas del citosol para el agregado de ubiquitina y la posterior proteólisis dentro de un proteosoma.


IMPORTANCIA DE LAS PROTEINAS

1. Energética: 4 kcal/g

2. Función estructural o plástica, no reemplazable por otros principios de la dieta.

2. Las miles de proteínas presentes en el cuerpo humano realizan diversas funciones (estructurales, contráctiles y móviles, enzimas, etc.

3. Las hormonas importantes son péptidos, y pueden emplearse para corregir los estados de deficiencias correspondientes (ej. administración de insulina a pacientes con diabetes mellitus).

4. Cambios en la estructura secundaria-terciaria, son responsables de enfermedades importantes, como la enferm. de Creutzfeldt-Jakob y la encefalopatía espongiforme bovina, cada una caracterizada por cambios neurológicos patológicos, que se traducen en la deposición, en las fibrillas amiloides, de proteínas insolubles.


Las técnicas más comunes para purificar y analizar proteínas son la centrifugación, la electroforesis y la cromatografía.

* La centrifugación separa las proteínas sobre la base de la velocidad de sedimentación, que depende de la masa y de la forma.

Es posible aislar proteínas sobre la base de diferencias de las propiedades físicas y

químicas.

PURIFICACION Y DETECCION DE PROTEINAS


• La cromatografía líquida separa las proteínas sobre la base de la velocidad de desplazamiento a tráves de una columna en la que hay perlas esféricas empaquetadas. Las proteínas que difieren en masa se separan en columnas de filtración en gel; las que difieren en carga, en columnas de intercambio iónico y las que difieren en las propiedades de fijación del ligando, en columna de afinidad.


• La electroforesis en gel separa las proteínas sobre la base de la velocidad del desplazamiento ante la aplicación de un campo eléctrico. La electroforesis en gel de poliacrilamida puede separar cadenas polipeptídicas que difieren en un 10% en el PM, o incluso menos.


Aminoacidos y Proteinas - Gonzalez (1)

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