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Protenas Funciones y roles biolgicos

Catlisis enzimtica: catalizan (aumentan las veloc.) casi todas las reacciones biolgicas, reacciones de distinta complejidad (hidrlisis vs replicacin de un cromosoma completo). Esas reacciones no ocurren en ausencia de las enzimas.

Transporte y almacenamiento: Ej. O2 transportado por hemoglobina en sangre y por mioglobina en msculo.

Movimiento coordinado: macroscpico (msculo, deslizamiento de 2 filamentos proteicos) o microscpicos (cromosomas en la mitosis, propulsin del esperma por medio de flagelos)

Soporte mecnico: piel, huesos. Soportan tensin

Proteccin inmune: anticuerpos (protenas especficas que reconocen y se combinan c/ sustancias extraas tales como virus, bacterias y clulas de otros organismos. Distinguir lo propio de lo ajeno

Generacin y transmisin de impulsos nerviosos: La respuesta de las clulas nerviosas a estmulos especficos depende de la presencia de receptores proteicos. Ej: rodopsina es el receptor en los bastoncitos del a retina.

Control del crecimiento y diferenciacin: mensajeros qumicos y hormonas

Estructura de las protenas: Existen 4 niveles de organizacin en la estructura de las protenas (100 aminocidos o ms)

Estructura primaria: est dada por la secuencia de aminocidos y los puentes disulfuro.

Estructura secundaria: Est determinada por las disposiciones regulares de aminocidos cercanos en una cadena peptdica. Ciertas conformaciones de pptidos son ms estables que otras.

Estructura terciaria: Originada por plegamientos adicionales, enrollamientos y otras formas de agregacin que se dan como consecuencia de la relacin espacial entre aminocidos situados muy distantes en la secuencia.

Estructura cuaternaria: determinada por la asociacin de dos o ms cadenas proteicas que

originan un multmero de orden superior

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Los electrones se encuentran en un nico

orbital hbrido

Est determinada por las disposiciones regulares de aminocidos cercanos en una cadena peptdica. Ciertas conformaciones de pptidos son ms estables que otras.

HLICES ALFA

LMINAS BETA

VUELTAS INVERSAS

(o GIROS INVERSOS)

Todas estas conformaciones son mantenidas por enlaces hidrgeno entre residuos que se encuentran prximos en la cadena

a-queratina (lana)

Fibrona de seda (15 aa

diferentes, 46 % Gli, 38 % Ala CH3 y Ser CH2OH)

Estructura secundaria

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Hlices

Es una hlice derecha!

Estructura secundaria de las protenas Hlices

La hlice alfa est estabilizada por puentes de hidrgeno entre los grupos

amino y carbonilo del esqueleto del polipptido. El grupo carbonilo de cada residuo forma un puente de hidrgeno

con el grupo amino del aminocido situado cuatro residuos ms adelante.

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Hlices

En teora, sentido de la hlice puede ser dextrgira, en sentido de giro igual al de las

agujas del reloj, o levgira, sentido contrario al de las agujas del reloj. Pero en la hlice levgira los oxgenos de los grupos carbonilos y las cadenas laterales de los residuos desestabilizan la hlice por impedimentos estricos. Esto se debe a que

los aminocidos de las protenas son de la serie L-. Como se aprecia en la figura las cadenas laterales

de cada residuo estn aproximadamente en posicin trans respecto al oxgeno del carbonilo adyacente. Si el aminocido fuese de la serie D-, estos residuos estaran en conformacin cis, con

mayores posibilidades de conflictos estricos dependiendo del tipo de cadena lateral.

Hlices Tambin puede pensarse la hlice como una cadena enrollada alrededor del eje longitudinal de la molcula. Los grupos R sobresalen del esqueleto helicoidal

Hlice a vista desde arriba

Las protenas que forman los msculos (miosina) y la lana (

queratina) son hlices .

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Aminocidos incompatibles o que desestabilizan las hlices a:

Hay aminocidos incompatibles con esta estructura debido a las

propiedades de su cadena lateral.

-El asprtico tiene la cadena lateral cargada por lo que si hay

muchos juntos se repelen desestabilizando la molcula. Slo son

estables si no estn disociados.

- Hay aminocidos que son muy voluminosos en su carbono b

porque estn sustituidos y el residuo no puede extenderse. Son

la treonina y la isoleucina.

Hay otro aminocido que rompe la a-hlice: prolina. Como el enlace no puede girar, la cadena da la vuelta. Ya que tiene el

grupo a-amino sustituido no puede formas puentes de hidrgeno.

Se puede tener a-hlice antes y despus de la prolina.

-La glicina desestabiliza las estructuras en hlice alfa porque es

demasiado flexible.

Una protena puede tener a-hlice a lo largo de una porcin

porque los aminocidos son compatibles. La cadena se puede

estirar rompiendo puentes de hidrgeno y el lmite est en la

cadena polipeptdica.

H2N CHC

CH2

OH

O

C

OH

O

H2N CHC

CH

OH

O

CH3

CH2

CH3

H2N CHC

CH

OH

O

OH

CH3

HN

C

OH

O

H2N CH2C OH

O

Lminas

Antiparalela En la hebra beta, la cadena polipeptdica

est generalmente estirada. Todos los residuos presentan una rotacin de 180 respecto a los precedentes. La distancia

entre dos aminocidos adyacentes es de 0.35 nm, en lugar de los 0.15 nm de la hlice alfa. La estructura se estabiliza

mediante la asociacin de hebras para formar una lmina u hoja beta. Estos se

disponen casi perpendiculares a la cadena polipeptdica extendida. La hoja

beta est estabilizada por puentes de hidrgeno entre el grupo amida y el

grupo carboxilo de un filamento adyacente. Los radicales se disponen

alternativamente a uno y otro lado de la cadena polipetdica.

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Las cadenas adyacentes de una hoja beta pueden orientarse en la misma direccin (hojas beta paralelas), o en direcciones

opuestas (hojas beta antiparalelas). Cuando la hojas beta son antiparalelas los puentes de hidrgeno que estabilizan la estructura son prcticamente perpendiculares a las

cadenas polipeptdicas y los grupos carbonilo y amino de dos residuos forman

puentes de hidrgeno entre s. Esto no ocurre en las hojas beta paralelas, donde los

puentes de hidrgeno no son perpendiculares al esqueleto polipeptdico y los grupos carbonilo y amino de un residuo

forman puentes de hidrgeno con dos residuos diferentes.

Son ricas en aminocidos pequeos (gly, ala, ser)

Lminas

Paralela Estructura secundaria mantenida por puentes de hidrgeno entre elementos de la cadena peptdica. Aspecto laminar. Diferencias con hlice a: - La cadena polipeptdica est lo ms extendida posible. - Distancia entre aminocidos: 3.5 angstroms. - Estructura mantenida por puentes de hidrgeno, pero en lugar de formar puentes

entre elementos de la misma cadena es con elementos de cadenas distintas (o de la misma que da la vuelta). Los puentes de hidrgeno se establecen perpendiculares al eje de la lmina. Todos los carbonilo forman puentes de hidrgeno con los amino, por lo que es igual de estable que la a-hlice.

Existen 2 arreglos posibles de lminas b: - Si los 2 segmentos tienen direcciones distintas la hoja plegada es antiparalela. Como los puentes de hidrgeno son enlaces direccionales es ms estable. - Si los 2 segmentos tienen direcciones iguales la hoja plegada es paralela. Las cadenas laterales van por encima y por debajo alternativamente porque la configuracin del enlace es trans. - Las cadenas laterales estn ms prximas que en la a-hlice, por lo que slo es compatible con aminocidos de cadena lateral muy corta: glicina, alanina y serina (son los ms pequeos). Los otros aminocidos sufren repulsiones de tipo estrico.

Lminas

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La fibrona de la seda es casi totalmente una lmina plegada y ms del 80% de su estructura repite el motivo gly-ser-gly-ala-gly-ala

Giros, vueltas , vueltas inversas, o giros reversos Lo esencial de este giro en horquilla es que el carbonilo de un residuo n

se enlaza con el grupo amino del residuo n+3. En consecuencia la

cadena puede cambiar bruscamente de direccin.

Se conocen varios tipos de giros. En los giros tipo I, podemos encontrar

cualquier tipo de residuos con excepcin de la prolina en posicin 3. En los giros tipo II, la glicina debe estar en posicin 2 y casi siempre aparece una prolina en posicin 3.

Los giros tipo III no tienen restricciones en cuanto a la

identidad de sus componentes. A veces puede conseguirse un giro

completo de la cadena polipeptdica con tan solo dos residuos como es el

caso de los giros tipo . En estos residuo n debe ser una prolina.

Formado por 4 aminocidos, el

primero forma un enlace H con el

cuarto.

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Giros, vueltas , vueltas inversas, o giros reversos

En general conectan sucesivamente lminas antiparalelas. Cambian la direccin de la cadena, contribuyen a su forma compacta. Generalmente en la superficie de la protena y poseen residuos cargados. Estn formados por 4 aminocidos.

Estructura terciaria

Originada por plegamientos adicionales, enrollamientos y otras formas de agregacin. Son consecuencia de la interaccin de aminocidos situados muy distantes en la secuencia. Muy importantes para el mantenimiento de la estructura terciaria son los puentes disulfuro entre residuos de cistena distantes.

En la tabla aparecen las principales interacciones no covalentes que son importantes en el mantenimiento de la estructura de las protenas. La menor energa de estas interacciones las hacen importantes dado que pueden romperse y volverse a formar durante las interacciones moleculares. Las interacciones moleculares dependen de un rpido recambio de parejas moleculares que podra no producirse si las interacciones fuesen ms fuertes. Adems estas interacciones tambin estabilizan la estructura cuaternaria de las protenas, nivel de organizacin que aparece en las protenas compuestas por ms de una cadena polipeptdica. La estructura cuaternaria se refiere a como las distintas cadenas polipeptdicas se asocian entre s y se disponen espacialmente.

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Tipos de enlace que estabilizan la estructura terciaria de una protena

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Clasificacin de protenas de acuerdo a su estructura terciaria

Fibrosas: Adoptan una conformacin lineal con mltiples puntos de interaccin

entre las diferentes cadenas.

Interactan poco con los solventes, siendo insolubles en agua

Estn vinculadas a funciones estructurales, como la fibrona de la seda (b-queratina), las a-queratinas en uas, pelo, cuerno, piel y plumas y el colgeno, en tejido conectivo.

Globulares: Las cadenas estn enrolladas en el espacio (pte. disulfuro)

Adoptan formas esfricas o elipsoidales, colocando los grupos hidrofbicos hacia su interior

A pH fisiolgico y por lo tanto son solubles en agua.

Asociadas a funciones biolgicas (transporte, defensa, enzimtica, etc).

Protenas fibrosas

Espiral enrollada formada por 2 hlices

Protofilamentos: formado por 2 espirales enrolladas

4 Protofilamentos forman un filamento

Haces de filamentos alargados

Resultan insolubles en agua

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Protenas fibrosas la queratina Las queratinas son las protenas ms

abundantes del pelo y las uas y forman parte de la piel de los animales. Las alfa-

queratinas son miembros de las protenas filalentosas intermedias, que

realizan un funcin estructural muy importante en el ncleo, citoplasma y

superficie de muchos tipos celulares. La estructura tpica de las queratinas es la

siguiente: las molculas individuales poseen largos fragmentos (aprox. 300 residuos) estructurados en forma de

alfa-hlice. Un par de hlices se enrollan entre si para formar la estructura de ovillo enrollado a

izquierdas; dos ovillos enrollados vuelven a unirse para formar una protofibrilla de cuatro molculas;

finalmente, ocho protofibrillas se unen para formar una microfibrilla, que es la

base de la estructura del pelo. Las microfibrillas son elsticas y flexibles.

Las alfa-queratinas presentan un mayor porcentaje de cistenas que otras protenas, con lo que se pueden establecer puentes disulfuros entre las distintas estructuras helicoidales, lo que da mayor rigidez a las microfibrillas. Mediante la aplicacin de agentes reductores y de calor hmedo se puede cambiar el patrn de enlaces disulfuro entre las distintas cadenas polipeptdicas. Aplicando agentes oxidantes, una vez que el cabello se ha moldeado segn la forma deseada, se consigue que se establezca un patrn de puentes disulfuro diferente y el cabello queda ondulado de modo "permanente".

Protenas fibrosas la queratina

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Mioglobina: nica cadena de 153 residuos. 8 segmentos rectos e hlice a conectados por giros o lazos. 70% de los residuos en regiones helicoidales

Citocromo c: nica cadena de 100 residuos. 40% de los residuos en regiones helicoidales. El resto en lazos, giros y segmentos extendidos.

Lisozima: nica cadena de 120 residuos. 40% de los residuos en regiones helicoidales pero en distinta distribucin. Tambin posee conformacin b.

Algunas protenas globulares Algunas protenas globulares

Las protenas fibrosas tienen misiones estructurales en los organismos y por tanto son muy abundantes y esenciales para el mismo. Sin embargo, la gran mayora de las funciones celulares las llevan a cabo protenas globulares. Su nombre se debe a que sus cadenas polipptdicas se pliegan sobre si misma de manera compacta. La gran variedad de plegamientos diferentes que encontramos en las protenas globulares refleja la variedad de funciones que realizan estas protenas. A pesar de esta enorme variedad de plegamientos podemos encontrar una serie de motivos y principios comunes. La estructura terciaria de una protena es el modo en el cual se pliega la cadena polipetdica. La complejidad que presenta la estructura terciaria de las protenas hace que se distingan subestructuras dentro de sta. En la imagen vemos diferentes representaciones de la estructura terciaria de la mioglobina.

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Estructura cuaternaria de las protenas Disposicin de protenas y subunidades proteicas en complejos tridimensionales.

Subunidades diferentes pueden llevar a cabo funciones separadas y las interacciones entre subunidades pueden modificar la actividad enzimtica.

Conjugacin con grupos prostticos, cofactores, coenzimas, iones inorgnicos, mollucas simples (H. de C), etc.

Hemoglobina: Transporta el O2 en la sangre de los pulmones a las clulas. 4 grupos prostticos hemo y 4 cadenas polipeptdicas. - Proteica (globina): 2 cadenas a (141 residuos c/u) y 2 cadenas b (146 residuos c/u). - Las cadenas a y b contienen varios segmentos de hlice a separados por lazos peptdicos. - Cada cadena tiene un grupo hemo. -Anemia falciforme: reemplazo del aa146 (Val por Glu) de la cadena b. -Anemias: desplazamiento del Fe2+ por H2O

Grupo Hemo

(grupo prosttico)

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Gly X- Y muy frecuentemente Gly Pro Hpro Cadenas que forman hlices izquierdas!

La Hpro no est codificada por el ADN y se biosintetiza por hidroxilacin de la Pro.

El alto contenido de Pro e Hpro trae como consecuencia la formacin de hlices izquierdas de manera espontnea

3 cadenas de colgeno se asocian entre s y forman un arreglo que determina su estructura cuaternaria

El colgeno es una protena fibrosa componente de la piel, los huesos, los tendones y los dientes. La unidad bsica de la fibra de colgeno es una triple hlice denominada tropocolgeno. Cada cadena del tropocolgeno, de unos 1000 residuos de longitud, est formado por una hlice a izquierda con 3,3 residuos por vuelta y 0,29 nm de elevacin. Las tres cadenas que forman el tropocolgeno se enrollan entre s a derechas. La secuencia de aminocidos del colgeno es extraordinariamente regular. Prcticamente cada tres residuos contiene una glicina, tambin presenta una mayor proporcion de prolina que el resto de las protenas. Otra caracterstica es la presencia de residuos de 4-hidroxiprolina, aminocidos que raramente se encuentra en otras protenas. Los residuos de glicina se sitan en la zona del tropocolgeno donde las tres hlices se encuentran ms cerca, lo que hace que sea este aminocido el nico que no presente impedimentos estricos en dicha posicin.

La triple hlice del colgeno resiste la tensin y el estiramiento

Cuando el colgeno se desnaturaliza (pierde su estructura terciaria/cuaternaria), se transforma en gelatina: las hebras se separan en cadenas pseudo globulares irregulares

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Factores que modifican la estructura de las

protenas. Desnaturalizacin

pH

Temperatura

Fuerza inica

Complejacin con metales

Oxidacin o reduccin (formacin o ruptura de puentes disulfuro)

La desnaturalizacin es la prdida de la estructura terciaria de la

protena, de forma reversible o irreversible. La protena cambia sus

propiedades fsicas y suele perder o cambiar su actividad biolgica.