BIOMOLÉCULAS:PROTEÍNAS I

Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas, fósforo, hierro, magnesio y cobre entre otros elementos.

Primero conoceremos las características estructurales para así entender sus características funcionales

El arreglo 3D esta estructural de un molécula esta asociado con su función si cambia va a cambiar la función, podremos saber si esto es causa como base moléculas de una patología y entender porq esta tiene lugar.

Por ejemploTenemos aquí una foto de tejido de cerebro humano de una persona q murió se quiere buscar las causas molecular de la patología que provocó la muerte.Se encontraron agregados moléculas desconocidas los q se tiñeron, indicando q era una proteínaComenzaron a aislar, purificar, disgregar este acúmulo para conocer de q proteína se trata.Se descubre una misma proteína pero presentando dos formas con un arreglo 3D distinto una deriva de la otra. (una con estructura secundaria y la otra secundaria beta)La misma proteína puede tener un arreglo tridimensional (3D) distintos, esto trae como consecuencia q las propiedades fisicoquímicas también van a ser distintas.Esta proteína “alterada” tiende a agregarse una al lado de la otra y precipitar y eso es lo q se ve como acúmulo de proteína en el tejido del cerebro.Esta es la causa molecular de la muerte de la enfermedad las vacas locasLas personas tienen la proteína modificada porque consumen una proteína alterada o por algún motivo q esta en estudio la proteína sufre algún cambio q la induce a cambiar de su forma normal.Esto es muy grave porque basta q una molécula adopte esta forma y se encuentre con una normal para induzca q cambie a la forma anormal.Si hay un individuo con un cambio en una proteína bastarán unas cuantas décadas para que transforme a todas las otras y la persona termine muriendo.

Otros beneficios de conocer la estructura de una proteína es regular funciones Tienen un rol en la regulación de la inflamación. Hay una proteína, q es una enzima, q es la cicloxigenasa (COX) q regula la producción de mediadores químicos que producen inflamación. Si se logra controlar la actividad de esta enzima se podría inhibir el proceso inflamatorio.Conociendo su estructura 3D se puede determinar la zona específica de su estructura q interactúa con la molécula en la cual realiza su función. El poder determinar donde interacciona con su sustrato, conociendo los aminoácidos que forman parte de este sitio, permite construir una molécula que tenga la estructura de este sitio y q por lo tanto realice su mismo efecto.De esta forma se han diseñado un número importante de anti inflamatorios, se anclan a la molécula especifica en q actúa la COX e impiden q llegue la enzima y por lo tanto impiden también que se liberen los mediadores del proceso inflamatorio

I. FUNCIONES PROTEÍNAS.

ENZIMAS Ej.: GAPDH, HMGCoreductasa (1° enz. en la síntesis de colesterol),DNApolimeraza (polimeriza nucleótidos para la síntesis de DNA), FA.Aceleran reacciones Proteínas variadas y altamente especializadas, con actividad catalítica para las reacciones químicas de las biomóleculas orgánicas en forma específica. Crean un ambiente donde producen todos los requerimientos termodinámicos que hacen q la reacción aparte de ser espontánea ocurra en un tiempo mucho menor

HORMONAS Ej.: Oxitócica, Insulina, FSH, GH, BMPFunción de señalización, llevan msjes a distancia y le “cuentan” a la célula lo que deben hacer. De este grupo son todas las hormonas q no son esferoidalesTienen naturaleza peptídica esto hace q no puedan atravesar la membrana por lo q necesita otra familia q pueda captar ese msje y llevarlo al interior de la célula, q son otro grupo de proteínas: los receptores

RECEPTORES Ej.: EGF-R (receptor de factor de crecimiento), IL-3R, acetilcolinaR (receptor de hormonas)

ANTICUERPOS Ej.: IgG, IgACumplen funciones defensivas, distintos tipos de proteínas con dominios específicos q reconocen a un determinado tipo de antígeno y no a otro.Son fabricados por los linfocitos, pueden reconocer y precipitar o neutralizar bacterias, virus o proteínas invasoras.

TRANSPORTADORES Ej.: Hemoglobina, GLUT, CFTRTransportan cosas: iones, hormonas, etc. Proteínas de transporte del plasma sanguíneo que fijan y transportan moléculas o iones específicos de un órgano a otro.

- Hemoglobina: en los eritrocitos fija el O2 a medida que pasa la sangre pasa a través de los pulmones, lo transporta a los tejidos periféricos y allí lo libera para que participe en la oxidación de los nutrientes para la producción de energía.

ESTRUCTURALES Ej.: Actina, tubulina, citoqueratina, colágenoForman parte del T.C, muchas de ellas tienen función importante en diferenciación de los tejidos q van a dar origen al dienteConfieren la capacidad de moverse, contraerse, cambiar de forma.- Actina y Miosina: sist. contráctil del músculo esquelético y otras células no musculares.- Tubulina: forma los microtúbulos y estos actúan con la Dineina de los flagelos y cilios. Filamentos de soporte, que confieren fuerza o protección a las estructuras biológicas.- Colágeno: componente de tendones y cartílagos, posee una resistencia elevada a la tensión. Presente en la matriz extracelular.- Elastina: ligamentos, que se extienden en 2 dimensiones- Queratina: pelo, uñas, plumas

NUTRICIÓN Y RESERVA - Ovoalbúmina: proteína de la clara de huevo.- Caseína: proteína de la leche- Ferritina: en bacterias y en tejidos animales y vegetales almacenan hierro.

REGULACIÓN Hormonas: regulan la actividad celular o fisiológica.- Insulina: regula metabolismo glucosídico- Proteínas G: fijan GDP y facilitan la respuesta a muchas señales hormonales

II. NOMENCLATURA DE PROTEÍNAS

Se suelen clasificar de acuerdo a los siguientes criterios: RESPECTO AL TAMAÑO: Aspartamo (2aa)

Oxitocina (9 aa)Veneno setasAntibióticos

PÉPTIDOS - Oligopéptidos: (2-10 aminoácidos)

- Polipéptidos: (10-100 aa) Glucagón (29 aa) (hh hipergligemiante)

PROTEÍNAS: (1000-3000 aa,[promedio 2000] )

RESPECTO DE LA CANTIDAD DE POLIPEPTÍDOS:MONOMÉRICAS: 1, unido covalentemente citocromo C

OLIGOMÉRICAS: 2 o más, unidos no covalentemente . Hb (4 unidades de proteínas unidas)

SEGÚN SU FORMA:FIBROSAS: Presentan cadenas polipeptídicas largas y una típica estructura segundaria. Son insolubles en agua y en soluciones acuosas. Algunos ejemplos de estas son la queratina y colágeno. Por lo general, tienen funciones estructurales.GLOBULARES: Se caracterizan por doblar apretadamente sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta. Ejemplo de éstas son la mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas, proteínas de transporte.

SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA:- SIMPLES: o apoproteínas : Su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (fibrosas y globulares).- CONJUGADAS: o holoroproteínas: Su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas “Grupo prostético” (sólo globulares).

Según sea el grupo prostético:

PROTEÍNAS CONJUGADASCLASE GRUPO PROSTÉTICO EJEMPLOLipoproteínas Lípidos Β1-Lipoproteína de la sangreGlucoproteínas Glúcidos Ig GFosfoproteínas Grupo fosfatos CaseínaHemoproteínas Hemo (Ferroporfirina) HemoglobinaFlavoproteínas Nucleótidos de flavina Succinato deshidrogenasaMetaloproteínas He

ZnCaMbCu

FerritinaAlcohol deshidrogenasaCalmodulinaDenitrogenasaPlastocianina

III. ESTRUCTURA BASICA DE LAS PROTEÍNAS :AMINO ÁCIDOS

La estructura básica de las proteínas son los aminoácidos. Las proteínas van a ser polímeros o cadenas de aminoácidos de distintos tipos de secuencias.

Existen 20 aminoácidos diferentes y todos ellos tienen una parte común en su molécula que consisten en un grupo amino (NH3) y un grupo carboxilo (COOH), un Radical o cadena lateral (característica de cada aa) y un Hidrógeno unidos al mismo átomo de Carbono (Cα) q es el C quiral o C asimétrico, q significa q alrededor de él las moléculas pueden estar organizadas espacialmente de distintas formas dando origen a isómeros. [Todos los aa presentan un carbono quiral a excepción de la Glicina]

La particularidad y muchas veces funcionalidad de una proteína la van a dar las cadenas laterales porq el grupo amino y carboxilo van a estar formando el enlace peptídico

El nombre del aa se puede encontrar de 2 formas distintas, las primeras 3 letras de su nombre o sólo una letra q casi siempre corresponde a la primera letra de su nombre y en casos particulares como por ejemplo el Glutámico otra letra “E” porq la “G” es de Glicina

Existen 2 enantiómeros (imagen especulares no superponibles) posibles: L y D, pero solo la forma L, se encuentra presente en las proteínas. [Todos los aa estándares a excepción de la Glicina presentan isómeros D y L]

Neurotransmisores: GABA (derivado de glutamina)- Serotonina (triptófano)Hormonas: Tiroxina (tirosina) - Acido indol acético (triptófano) Intermediarios metabólicos: Citrulina- Ornitina

ALANINA Y GLICINASon aa pequeños con cadenas laterales simplesLa Glicina (G) tiene como cadena lateral otro H, o sea tiene 2 H como constituyentes por lo que aquí es un caso particular en que no tenemos un C asimétrico.La cadena lateral tiene la posibilidad de realizar una interacción específica; cuando la manutención de la estructura 3D reqiera de la cadena lateral, la presencia de G va a distorsionar este arreglo 3D porq no tiene la cadena lateral y no va a poder mantener la estructura.La alanita tienen una cadena lateral de un protón (H) y un CH3

Se utilizan como mensajeros o precursores o mensajeros metabólicos

Aminoácidos no EstándarAminoácidos

Aminoácidos proteicosAa Estándar

20 tipos de aa q varían en las cadenas laterales y se encuentran comun% en las prot.

VALINA, LEUCINA, ISOLEUCINA Y METIONINAPresentan naturaleza hidrofóbica, repelen al agua.Tienen cadenas alifáticas no cargadas, apolares. No se van a formar fácilmente en presencia de agua.La metionina tiene un azufreCISTEÍNA:Cadena lateral tiene un SH capaz de formar puentes disulfuro con otra CisternaPROLINA: La cadena lateral vuelve a anclarse sobre el mismo carbono formando un anillo lo que hace que se rigidice la proteína le da menos movimiento. Este es un aa q cuando aparece tiende a desestabilizar la estructura que venía dándose en la proteína

FENILALANINA, TIROSINA, TRIPTÓFANOTienen anillos son muy hidrofóbicos sobre todo la fenilalaninaLa fenilalanina es causa de una patología q provoca trastornos a distintos niveles, trastornos intelectuales severos(mucha fenilalanina)Tirosina tienen un grupo OH la Treonina y la Serina ocurre esto exclusivamente en estos 3 aa, que tengan o no tengan el grupo fosfato va a determinar q

la proteína este fosforilada o desfosforilada. La presencia de este grupo OH los hace fácilmente fosforilable hace que la proteína pueda activarse o desactivarse.

TREONINA Y SERINA:Cadenas con grupos Hidroxifosforilables. Las enzimas q fosforilan son las quinasas, específicas para S y otras para T.

LISINA, ARGININA E HISTIDINA:Estan protonados a pH fisiológico. Tienen carga +. Lisina y Arginina pueden formar enlaces salinos.

ASPARTATO, GLUTAMATO, ASPARAGINA, GLUTAMINA:Aspartato, Glutamato: son ácidos, tienen carga - en el extremo de sus cadenas laterales, pueden interactuar con moléculas específicas.Asparagina, Glutamina son grupos polares sin carga, pueden formar puentes de H.**los grupos cargados se encuentran en los sitios activos de las proteínas

Unidades Básicas de las ProteínasNo polares, grupo R alifatico Leucina

MetioninaIsoleucina

Polares, grupo R sin carga SerinaTreoninaCisternaProlinaAsparaginaGlutamina

Carga + LisinaArgininaHistidina

Carga - AspartatoGlutamato

Aromáticos Fenilalanina

Tirosina Triptófano

IV. ESTADO DE IONIZACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

Si se analiza la conducta química de estos aminoácidos circulantes, por ejemplo en el plasma tienen distintos estados de ionización, NUNCA en estado neutro.

Los aminoácidos pueden tener carga neta positiva, negativa o cero dependiendo del pH, estado de ionización de los grupos

* El grupo carboxilo de los aa se comporta como ácido:COOH COO- + H+ pKa

* El grupo amino, actúa como base:NH3

+ NH2 + H+ pKbA pH del plasma y líquido intracelular (7,4 y 7,1), predominan las formas COO- y NH3

+.

Las fuerzas relativas de los ácidos débiles son expresadas en términos de sus constantes de disociación de ácidos pKa

pK1 (carboxilo) 2-3 Si el pH ↓ 2-3 grupo carboxilo protonado.Si el pH ↑ 2-3 grupo carboxilo desprotonado.

pK2 (amino) 9-11 Si el pH ↓ 9-11 grupo amino protonado.Si el pH ↑ 9-11 grupo amino desprotonado

pH bajo, la mayor parte de los grupos disociables estarán protonados, y por lo tanto habrá un gran número de cargas positivas en la proteínaCarga neta= +1pH inferior a 2

pH elevado, los grupos disociables no estarán protonados, con lo cual habrá mayor número de cargas negativasCarga neta= -1pH mayor a 9

Carga neta= 0(Casi todos los gr.carboxilo estan con carga -1 y amino carga +1)pH entre 2 y 9El aa se encuentra mayoritaria% como la especie Zwiterion

Cuando hay muchos protones (pH bajo) el grupo amino y carboxilo se protonan Si se sacan protones (se aumenta el pH) se van a desprotonar, primero el grupo carboxilo y si se siguen sacando se desprotona el grupo aminoSe le denomina Pk al pH en el q tenemos las dos especies distribuidas en la misma concentración. Pk es pq deriva de la constante de equilibrio.De esta manera se puede hacer una lista con el pK de los distintos aa, como la mayoría de los aa tiene un grupo amino y un grupo carboxilo van a tener un valor de pK ácido para el grupo carboxilo y Pk básico para el grupo amino. Hay algunos aa como la Lisina y arginina q tienen doble grupo amino y el aspártico y glutámico q tienen doble grupo carboxilo por lo tanto estos aa tienen otro valor de pK

En este gráfico toda la especie esta de una manera y el valor de pH va variando a medida q se agrega buffer. Una de las utilidades prácticas de conocer el valor del pK es q alrededor de pk la variación de pH de una solución es mucho menor, por ejemplo si alguien quiere hacer reacción en un tubo de ensayo y mantenerla sin variación de pH, por ej a pH 7 y encuentra un compuesto con un pK 6,8 lo pone en ese medio y el cambio de pH alrededor de ese pK no es brusco, entonces si aparecen ácidos o bases el pH no va a variar mucho En nuestro organismo, en el plasma circulan sustancias como bicarbonato q ayudan a mantener pH cercano 7,4 se llaman amortiguadores y si aumentan ácidos o bases mantienen el pH, amortiguan los cambios de pH para q estos no sean bruscos. Es muy importante porq bastan cambios leves para provocarnos problemas graves

PUNTO ISOELÉCTRICO (PI) Existe un valor de pH característico para cada aa, en el cual la disociación de cargas positivas y negativas se iguala y por lo tanto, la carga total del aa es nula. A este valor de pH se le denomina punto Isoeléctrico (pI) y el aa se encuentra en la forma de Zwitterion.

Corresponde al valor medio de los pKa que se encuentran a ambos lados de la especie isoeléctrica. Si la cadena lateral del aa posee un grupo ionizable se debe tomar en cuenta el valor de PkR (pka de la cadena latera)

- Para aa neutros corresponde al valor medio de los pK1 y pK2. Existen solo 2 grupos disociables

Ej: pI para la Alanina Si pK1= 2.35 y pK2= 9.69 pI = 2.35 + 9.69 = 6.02

2

- Para aa ácidos o básicos, depende de cada caso. Tomándose los valores más cercanos. Existen más de 2 grupos disociables

Ej: pI para el Ac. Aspártico( aa con cadena lateral ácida) pK1= 1.88, pKr = 3.65 y Pk2= 9.60

pI = pK1 + pKr = 2.77 2

Ej: pI para Lisina( aa con cadena lateral básica) pK1= 2.18, pKr = 10.53 y Pk2= 8.95

pI = pKr + pK2 = 9,74 2

V. FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

Los L-α-aminoácidos se unen en el ribosoma y van a formar un enlace peptídico entre los 2 aa.La unión entre dos aminoácidos, se establece

entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH2) del aminoácido inmediato, con la pérdida de una molécula de agua.

Es una reacción de condensación catalizada por una enzima llamada peptidiltransferasaTiene una característica muy particular ya q la unión del N y el C es mucho mas cercana q la q ocurre en los enlaces simples esto porq este enlace no tiene la característica típica de enlace simple si no q es casi un doble enlace; estas 3 moléculas estan unidas por un semi doble enlace: el O con el C y el C con el N y eso es así porq hay electrones deslocalizados q andan viajando, el hecho q viajen nos da estructuras resonantes q estan variando continuamente generando un plano en esta zona. Resonancia: significa q el O carbonilo y el N amida comparten parcial% 2 pares de electrones

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 Corresponde a una reacción de condensación.

Hoja plegada

Hoja plegadaHélice alfa

Hélice alfa

Aminoácidos

PROPIEDADES Es rígido(lo q limita el n° de conformaciones q un polipéptido puede adoptar) planar. Tiene carácter parcial de doble enlace.(~40%)

Equilibrio de estructuras resonantes.No tiene libertad de giro.

Es más corto que otros enlaces C-N. Se presenta normalmente en transformación “Trans”. Los grupos C=O y N- H son polares y participan en la formación de puentes de hidrógeno.

La cadena polipeptídica tienen un extremo izquierdo el Amino Terminal (N-Terminal) q por convención se considera el inicio de la cadena(ya q la síntesis se realiza del amino al carboxilo) y un extremo Carboxilo Terminal (C-Terminal) a la derecha.

VI. ESTRUCTURAS DE LAS PROTEÍNAS

La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales.

ESTRUCTURA PRIMARIA: Es la secuencia específica y ordenada de aa que componen la cadena polipeptídica de una proteína. Específica para cada proteína:

▪ Las proteínas homólogas tienen secuencias y funciones semejantes. ▪ La comparación de secuencias permite establecer relaciones evolutivas

Los aa como ya vimos están unidos por enlaces covalentes: enlace peptídico Las mutaciones corresponden a variaciones en la secuencia: ▪ Los aa invariables son importantes para la función. ▪ Las mutaciones conservadoras son cambios entre aa químicamente semejantes. ▪ Hay mutaciones que se relacionan con enfermedades a nivel molecular Patología molecular

ESTRUCTURA SECUNDARIA: Es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio (Plegamiento) Patrones repetitivos de disposición local de la cadena polipeptídica Se logra gracias a la capacidad de giro de sus enlaces que van adquiriendo una disposición espacial

estable

paralela

Las conformaciones posibles se estabilizan por un n° elevado de puentes de Hidrógeno y otras interacciones como Interacciones Hidrófobas o van der Waals aa con cadenas laterales apolares, Interacciones Electroestáticas o Puentes salinos grupos carboxilo y amino.

depende de los valores de los rotámeros Φ y Ψ:Ángulo alrededor de la unión Cα -N fi (Φ) Ángulo alrededor de la unión Cα – Co psi (Ψ)

- Lo rotación sólo puede darse alrededor de las uniones entre el Cα y el carbono carbonilo (Co) y al nitrógeno.

- El carácter de doble unión parcial entre el grupo carbonilo al nitrógeno α de la unión peptídica restringe de manera significativa las conformaciones posibles, debido a impedimentos estéricos (choque estéricoconformaciones prohibidas)entre los grupos –NH, -CO y R.

- conformaciones prohibidas choque estérico ( solapamiento de los radios de van der Walls, al girar los rotámeros impide un gran n° de conformaciones).

- La conformación más favorable depende de la secuencia de aa.

El Diagrama de Ramachandran ilustra las conformaciones permitidas que caracterizan a los dos tipos de estructura:

▪ hélice α ▪ lámina β antiparalela

Hélice αHélice 3,613 : 3,6 residuos por vuelta, 13 átomos por bucle, avance de 54Ǻ por vuelta La cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre sí misma debido a los giros producidos en torno al

carbono alfa de cada aminoácido. Se forman interacciones con aa cercanos principalmente de puentes de Hidrógeno, formados entre el grupo -NH de un enlace peptídico y el grupo -C=O del cuarto aminoácido que le sigue. No es posible en los 3 primeros residuos de los extremos los q se estabilizan por enlaces de H con grupos de las cadenas laterales.

En las proteínas no tienen lugar las hélices con giro hacia la izquierda. Las cadenas laterales se dirigen hacia fuera, lo que permite una mínima repulsión y posibles interacciones

entre ellas, q pueden ser :- Electrostáticas: Atractivas (residuos de distinta carga)

Repulsivas(desestabilizadoras) muchos residuos de la misma carga.- Hidrofóbicas.

Hay algunos aa que con su estructura desestabilizan la alfa hélice : ▪ Glicina No tiene R, por lo tanto otorga demasiada flexibilidad▪ Prolina restringe el giro de Φ; no tiene –NH para formar puentes de H.▪ Residuos voluminosos Triptófano

Hoja β• Conservan su estructura primaria en zigzag y se asocian estableciendo uniones mediante enlaces de hidrógeno entre –CO y –NH de cadenas adyecentes.**(aa lejanos en la estructura primaria q por el arreglo 3D de la cadena llegan a estar cercanos)** **esto sale en el audio pero en las diapositivas sale q es una característica de la estructura terciaria**Apariencia de lámina plegada.• Las cadenas laterales se disponen perpendicularmente a ambos lados de la hoja.Frecuentes en aa con cadena lateral voluminosa• Es una conformación simple formada por dos o más cadenas polipeptídicas β . De acuerdo a la dirección de las cadenas β:

▪ paralelas que corren en el mismo sentido▪ antiparalelas que corren en direcciones opuestas

• En algunos casos existen enlaces covalentes:▪ Puentes disulfuro

ESTRUCTURA TERCIARIA: Disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una

conformación globular, tridimensional. Es un arreglo global tridimensional en el espacio de la cadena polipeptídica , se pueden encontrar zonas con estructuras beta y alfa, hay otras q no tienen ni beta ni alfa (sin estructura secundaria), o poseen solo una de las 2.

Se mantiene por enlaces no covalentes:▪ Iónicos▪ Hidrofóbicos▪ Puentes de Hidrógeno▪ Fuerzas de Van der Waals(*)

(*)Depende de la distancia en q se encuentren se generan fuerzas de repulsión y atracción q van a ayudar q la molécula adopte una determinada conformación. Si la molécula es pequeña estas fuerzas son despreciable si es mas grande van der walls es mas importante

Residuos lejanos en la secuencia quedan cerca en el espacio Estructura compacta que excluye las moléculas de agua de su interior.

En el interior se agrupan residuos hidrofóbicos y al exterior los grupos polares.La ausencia de agua facilita las interacciones iónicas y los enlaces de hidrógeno.

Las proteínas grandes suelen presentar Dominios estructurales:▪ Son unidades estructuralmente independientes que presentan características y funciones definidas como la unión con ligandos específicos.▪ ejemplos:

- Mano EF (configuración hélice-vuelta-hélice) se une a Ca++- Dedo de Zn en proteínas que unen ADN. permiten unión de moléculas de zinc queda una estructura parecida especie como dedos, dejan unos espacios q pueden intercalar de manera precisa con surcos q tiene el DNA, pueden mediar la expresión de genes particulares- Cremalleras de Leucinas.

Formación Puente Disulfuro2 cisteínas por una reacción de oxidación pueden formar este puente y mediante este enlace covalente puede dar mayor estabilidad a la proteína. Se puede formar en la misma cadena (una especie de loop) o con otra cadena.Si se reduce agregando un compuesto q aporte protones, se rompe el puente y lo mas probable es q se rompa la estructura de la proteínaHay moléculas q tienen grupo SH q nos defienden de agentes oxidantes; agregan el H a la molécula oxidante y la reducen de esta manera nos defiende

ESTRUCTURA CUATERNARIA Unión mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria,

para formar así un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero.

Las subunidades se organizan de manera simétrica. 4 protómeros por ejemplo forman la Hemoglobina (2α2β) Proporcionan mayor estabilidad y regulación alostérica Se estabilizan a través de las mismas fuerzas que la estructura terciaria.

IX. DENATURACIÓN DE PROTEÍNAS

Consiste en desarmar el estado nativo de una proteína (estructura organizacional tridimensional) interfiriendo con agentes q rompan las interacciones que mantienen los niveles organizacionales.

Por ejemplo el efecto de la temperatura: si se aumenta la energía vibracional todas las interacciones débiles se van a empezar a romper, primero van der Walls después las hidrofóbicas y así sucesivamente tenemos q por ejemplo a 373 grados K a los 10 nanoseg ya esta completamente desenrollada.

Agente desnaturante Interacciones q desarmanCalor Puentes de H y HidrofóbicasAgitación Puentes de H y HidrofóbicaspH Puentes Salinos (Interacciones mediadas por carga)Mercaptoetanol Puente Disulfuro (tiene gr SH q forman puentes con los azufres

del aa)Urea, Guanidina, HCl Puente de HDetergentes (SDS) Interacciones Hidrofóbicas

Provoca pérdida de la mayoría de los niveles de la estructura, la estructura primaria se mantiene. En la estructura secundaria las proteínas pierden todos los patrones de repetición regulares como las alfa-

hélices y adoptan formas aleatorias. La mayoría de las proteínas biológicas pierden su función biológica, por ejemplo, las enzimas pierden su

actividad catalítica, porque los sustratos no pueden unirse más al sitio activo. Es un proceso que puede ser reversible

▪ La desnaturalización de ácidos nucleicos como el ADN por altas temperaturas, produce una separación de la doble hélice, que ocurre porque los enlaces puente hidrógeno se rompen. Los filamentos del ácido nucleico vuelven a unirse una vez que las condiciones "normales" se restauran, pero si las condiciones son restauradas demasiado rápidamente, las cadenas pueden no alinearse correctamente.Se demostró con la enzima ribonucleasa se desarmo después logro mediante condiciones muy controladas devolverlas a la condición original, muchas no volvieron pero otras siEsto significó comprobar q la secuencia de aa tienen incorporada en la memoria para arreglarse

IX. SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS PARA ANÁLISIS

Las proteínas en solución se pueden separar basándose en sus propiedades de: Tamaño (peso) molecular Solubilidad Carga eléctrica Afinidad biológica por otras moléculas.

Centrifugación es el método más común de separación. En este método, el tubo de centrífuga se llena con una mezcla uniforme problema. Tras la centrifugación se obtienen dos fracciones: un pellet que contiene el material sedimentado y un sobrenadante con el material no sedimentado.

Las separaciones analíticas se realizan fundamentalmente por: Cromatografía: separa los componentes de una mezcla por su afinidad relativa a 2 fases, una móvil y otra

estacionariaFiltración en Gel Cromatografía de Intercambio iónico

Electroforesis: separa los componentes en base a sus características de carga y/o tamaño.Electroforesis en geles de poliacrilamida (PAGE)Isoelectroenfoque (IEF)

Cromatografía de exclusión molecular Filtración en gelSe utiliza como matriz un gel con esferas que poseen poros en su interior, entonces las moléculas pequeñas penetran en los poros, en cambio las moléculas grandes, incapaces de penetrar por los poros, solo se mueven entre las bolas, donde la velocidad de solvente es superior. Como consecuencia, las moléculas de mayor peso, son eluidas antes. Se discrimina de acuerdo al tamaño de la proteína Fase estacionarias : esferasFase móvil: liquido de las proteínas Cromatografía de Intercambio IónicoSe basa en la atracción entre iones del soluto y puntos cargados que existen en la fase estacionaria (alas esferas del gel se les pone una carga) . En unas condiciones determinadas serán retenidas en la columna las proteínas que tengan una carga complementaria a la de la matriz del gel (las proteínas cargadas negativamente serán retenidas por una matriz cargada positivamente), siendo eluidas las restantes. Para despegar las proteínas retenidas se usa cloruro de sodio (rompe los puentes salinos)Esto nos permite también conocer la cantidad de carga q tiene la proteína, ya q si esta mas fuerte va a necesitar mas cloruro de sodio para despegarse , esta proteína tienen más carga positiva q otra que necesita poco cloruro de Na para desprenderse

Se separa por tipo y cantidad de carga Cromatografía de AfinidadLos bolas del gel estan recubiertas de un ligando por el que tiene afinidad algunas de las proteínas a aislar. Al pasar la mezcla compleja, ésta proteína es retenida en la superficie de las bolas, fluyéndose las demás.

Filtración en gel Intercambio Iónico Cromatografía por afinidad

Electroforesis:Separación por peso molecularPrimero se desarma una proteína con duodecil sulfato de sodio SDS este compuesto además deja a todas las proteínas con carga negativaSe ponen las proteínas en un gel y se conecta un polo + (q va a atraer a todas las proteínas porq estan con carga negativa). Se pasan las proteínas desarmadas y con carga negativa. A diferencia de la de filtración por gel las proteínas chicas van a poder migrar más fácilmente. Las grandes qedan atrapadas arriba las intermedias qedan en la zona media.Posterior% se tiñe este gel con 1 colorante q se une específicamente a las proteínas (azul de Fumasí), se observarán bandas azules. Cada banda indica 1 o más proteínas con el mismo peso molecular.Dependiendo del ancho de la banda es la [] de proteínas q se ubican en esta zona

Se puede comprar una mezcla de proteínas con peso molecular conocido y comparar con las obtenidas y determinar q proteína es o calcular su peso molecular exacto.Se mide la distancia relativa de lo que migro y se divide por la distancia total de migración(lo q debería migrar), esto es un valor de movilidad relativa y se grafica de acuerdo a una determinada masa molecular.

Electroforesis según Enfoque IsoeléctricoSe separan las proteínas en un gel donde se ha establecido un gradiente de pH y al aplicar el campo eléctrico la proteína, dependiendo de la carga q tenga, se va a ir moviendo de un lado al otro y los grupos cargados se van a ir modificando hasta que llegue a un pH en q las cargas( – ) son iguales a las (+) .En este punto la proteína deja de moverse, este es el punto Isoeléctrico en q la sumatoria de las cargas es 0.Las proteínas van a migrar hasta la zona del gel donde el pH sea igual a su punto isoeléctrico y en ese punto se detendráSi se tiñe cada una de las bandas indicaría q en esa banda hay una o mas proteínas con el mismo punto isoeléctrico (no con el mismo P.molecular como en electroforesis)

SEPARACIÓN POR TAMAÑO:

Diálisis: se utilizan unas bolsas q tienen un tamaño de poro determinado pequeño, separan las proteínas grandes de las chicas, las grandes quedan atrapadas dentro de la bolsa y las chicas comienzan a salir.

Ultrafiltración Las proteínas globulares se separan en disolución utilizando una membrana semipermeable q es una malla con un tamaño de poro determinado para retener moléculas de proteína de un cierto tamaño, permitiendo que las moléculas pequeñas de soluto y de agua las atraviesen y las que no quepan por el poro queden atrapadas.

Ultracentrifugación: Se usa una solución con una gradiente de concentración(por ejemplo sacarosa), se puede separar una mezcla de proteínas, que al centrifugar, se separaran en bandas según su peso molecular

SEPARACIÓN POR SOLUBILIDAD De acuerdo a la cantidad de cadenas hidrofílicas o hidrofóbicas va depender q tan soluble es una proteína en un medio acuoso Precipitación con sulfato de amonio:Las proteínas son menos solubles en soluciones con sales presentes (Salting out)El Sulfato de amonio tiene alto poder de solvatación, esto quiere decir q captura moléculas de agua, por lo q la proteína deja de estar en solución y precipita. La cantidad de sulfato de amonio necesario para q la proteína precipite depende de las características de la proteína.

Solubilidad diferencial por diferentes solventesAdición de solventes orgánicos con el agua, como lo son el etanol y la acetona disminuye la solubilidad de la mayor parte de las proteínas globulares, de tal forma que precipitan.

IX. MÉTODOS PARA LAS DETERMINACIONES ESTRUCTURALES DE PROTEÍNAS

Difracción de Rayos-X (Cristalografía) sólidos, determinación estructura tridimensional Espectroscopia circular del dicroísmo cantidad y tipo de estructura 2ria Espectroscopia de Masa determinación de cantidades muy pequeñas de proteína Resonancia magnética nuclear (NMR) espectroscopia provee información acerca de átomos particulares

en la proteína

X. RELACIÓN ESTRUCTURA-FUNCIÓN

La función de una proteína se puede ver alterada y provocar una patología. Esta alteración puede ser provocada por un cambio en la estructura o cambio en la cantidad (mayor o menor concentración de la proteína, dependiendo de eso la patología puede obedecer a un fenómeno de una hiperfunción o hipofunción)Una mutación nos puede llevar a un cambio estructural en una proteína q puede conferirle un aumento o disminución en su actividad1) Cambio en la cantidad:Si la alteración es a nivel de la concentración la causa puede ser a nivel de la síntesis o de la degradación Como ejemplo si se mide la concentración de albúmina en la sangre hoy día y da 20 y se la miden el próximo año a lo mejor también da 20 pero no significa q sean las mismas moléculas si no q estas se van recambiando y la concentración q se ve es el resultado de un equilibrio en la velocidad de síntesis y de degradación. Si hay una variación en la concentración puede haber una falla en la velocidad de síntesis o de degradación.Alteraciones a nivel de la síntesis pueden estar dadas por mutaciones genéticas , alteraciones en síntesis de RNA, alteraciones a nivel de la síntesis de la proteínasEn el caso de la degradación aumenta o disminuye directamente sobre la proteína o también hay fallas en las vías de eliminación (pseudos sistema de degradación), como por ejemplo una falla hepática o renal que altera la [ ] de la proteína. La proteína puede tener una velocidad de síntesis y de degradación normal pero hay una alteración a nivel de las vías de eliminación q también es un factor importante de considerar.

Respecto a la actividad proteolítica q induce degradación hay 2 sistemas; uno mediado por proteasas q cortan directamente la proteína y otro dependiente de un sistema llamado proteosoma q es una verdadera

caja donde se introducen las proteínas y se incluye un marcador q es una proteína pequeña llamada uriquitina que es una señal para q sean destruidas Si en una célula tenemos disminuida la cantidad de uriquitina las proteínas q se eliminaban por este sistema se acumularán.

2) Otro caso de alteración de proteínas puede ser por fallas estructurales relacionadas con:Mutaciones Modificaciones postraduccionalesProcesamiento (splicing)Proteólisis

Anemia Falciforme: Hay una mutación muy pequeña cambia 1 nucleótido del DNA lo q provoca q donde debiera haber un

residuo de Glutámico haya uno de ValinaEl Glutámico q es polar con carga, cambia por una Valina q es un aa hidrofóbico (son aa con

propiedades muy distintas), esto provoca cambios físico-químicos en la proteína q en su estado desoxigenado q precipita y cambia la membrana del glóbulo rojo da lugar a la formación de una red gelatinosa, produciendo eritrocitos rígidos y en forma de hoz, con menor capacidad de transporte de O 2

, estos tienen una vida media mucho mas reducida y son reconocidos por fagocitos y por lo tanto la persona tiene muy pocos G.REn algunas poblaciones en África esto es bastante frecuente( 30 %) y por lo tanto en americanos con origen africano también se presenta ( 8 % ) Esta enfermedad le confiere resistencia a la Malaria (plasmodium falciparum)

Relación con la malaria: L a malaria infecta al G.R y aprovecha su metabolismo para sobrevivir y reproducirse, si la persona tiene esta mutación (anemia falciforme), destruye más rápidamente al G.R y por ende a la Malaria. Este tipo de anemia en este lugar termina siendo una ventaja adaptativa para poder sobrevivir más tiempo frente a esta patología. Otro ejemplo de alteraciones estructurales es la Proteína Prión

Su acción patógena consiste en ser una forma modificada de una proteína natural existente en el organismo que al entrar en contacto con las proteínas originales las induce a adoptar la forma del prión, que suele ser una forma anormal y disfuncional, todo ello en una acción en cadena que acaba por destruir la operatividad de todas las proteínas sensibles al prión.

PROTEÍNAS PLASMÁTICAS

Hay moléculas q forman parte constitutiva del plasma y otras q pueden llegar al plasma. La mayoría de las proteínas plasmáticas son sintetizadas en el hígado.

Son todas aquellas proteínas que están presentes en el plasma y que ejercen presión osmótica, con lo que son parte importante en la distribución del agua entre el plasma y los líquidos titulares.

o Algunas Proteínas Plasmáticas y sus FuncionesFunción ProteínaTransporte Albúmina( es la + abundante, es pequeña y con

carga (-), transporta hh, iones, tiene capacidad de unir Ca*), Apolipoproteína, transferrinas

Inmunidad IgMantenimiento de P° Osmótica Todas especial% la albúmina

Enzimas Renina, Factores de coagulación.Inhibidores de Proteasas Antitripsina α 1Regulación del pH (tampón) Todas

(*)Si la albúmina disminuye el Ca libre aumenta, hipercalcemia

PROTEÍNAS PLASMÁTICAS TOTALES Para su análisis hay que tener en cuenta:

Su concentración depende de:o La velocidad de síntesis o degradación proteica

-variación lenta sujeta a procesos complejos y reguladoso Cambios en el volumen de distribución

-General% asociados al estado de hidratación del paciente-Puede ocurrir en forma rápida

Sólo la variación de las proteínas plasmáticas más abundantes (albúmina- Ig) tendrán un efecto significativo

MOVIMIENTOS DE FLUIDOS A TRAVÉS DE LA PARED CAPILAR:P° hidrostática : tendencia de la fuerza de la sangre a salir del capilarP° Oncótica : dada por las proteínas q capturan moléculas de agua. Se contrapone a la p° hidrostática Presión libertática q va a entrar al capilar o la vena.fluidos. Normalmente cuando estamos a nivel capilar la fuerza resultante tiende hacer salir los fluidos del capilar, y en la zona venosa tiende a entrar a la vena y de esa manera removemos desecho de los tejidos. Si hay desbalances en estas fuerzas nos puede provocar perdida de liquido desde el tejido intersticial aumentándonos la volemia (volumen total de sangre de un individuo) o la salida de liquido y aumentando el liquido en el tejido intersticial lo que nos provoca un edema.

Edema: desbalance de fluidos Causas:- Aumento de la P° hidrostática- Obstrucción Linfática- Retención de Na- Inflamación- Hipoproteinemia (glomerulopatías, Cirrosis hepática, Desnutrición, Gastroenteropatía)

ALTERACIONES DE PROTEÍNAS PLASMÁTICASPARAPROTEINEMIA: cambio cualitativo, aparición de proteína no habitual

o Macroglobulinemia: de mayor peso molecularo Crioglobulinemia : precipitan a temperaturas leve% bajaso Mieloma Múltiple: casos tumorales, tumor hepáticoo Fetoproteína(adulto): Ig aumentadas (desorden en proliferación de LB se diferencian a

plasmocitos y secretan solo Ig)

o Proteína C reactiva: secretada en procesos inflamatorios por el hígado, forma parte de la respuesta de la fase aguda

DISPROTEINEMIA: Cambios Cuantitativos, ana, hipo, hiper.o Analbuminemia: falta de albúmina. problemas en transporte de fluidos, presión oncótica,

transporte de Ca--- hipercalcemia,o Afibrinogemia: falta de fibrinógeno, problemas en la coagulación--- hemorragia, o Acatalasemia : falta de Catalasa. Stress oxidativo. La catalasa participa como mecanismo de

defensa peroxidativo, descomponiendo el peróxido de H en agua y O. o Amaglobulinemia: Inmunodepresióno Hipogamaglobulinemia: disminución Igo Hiperglobulinemia: aumento Ig, en procesos infecciosos

Esta última parte de proteínas plasmáticas y prión esta en la clase de proteínas 2 ahí tiene q estar más completo aca solo sale un poco.

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Catalina Tijoux Porcile