Péptidos y Proteínas

Péptidos

Formados por cadenas de aminoácidos unidos por enlace peptídico.

Enlace peptídico. Unión covalente entre dos α AA, relacionándose el grupo amino de uno al grupo carboxilo del otro.

Ej: Pentapéptido

Nombre: serilgliciltirosinilalanilleucina. Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

Compuestos de hasta 20 AA Oligopéptidos

Compuestos con más de 20 AA Polipéptidos

Polipéptidos –PM menor 10000 daltons

Poseen comportamiento de ionización pudiéndose titular

El enlace peptídico es hidrolizable mediante enzimas llamadas proteasas

Algunos polipéptidos tienen actividad biológica. - carnosina y anserina (dipéptidos naturales del músculo) - glutatión (tripéptido, metabolismo enzimático) - hormonas como insulina y glucagón - péptidos cerebrales como cefalinas y endorfinas - hormonas hipofisiarias como angiotensina, bradiquinina , ACTH, TSH, oxitocina, vasopresina

Proteínas Biomoléculas más abundantes y son

extremadamente versátiles

Su importancia biológica queda manifiesta en el hecho de que la información genética se expresa en última instancia produciéndolas.

Existe para cada proteína un segmento de ADN que codifica la secuencia de AA.

Son las responsables de la diversidad biológica.

Clasificación de proteínas

De acuerdo a su composición: Simples y Conjugadas

De acuerdo a su forma: Globulares y Fibrosas De acuerdo a la función que desempeñan

De acuerdo a la función que desempeñan:

Proteínas con acción catalíticas

Proteínas de transporte

Proteínas de almacenamiento

Proteínas motoras

Proteínas estructurales

Proteínas de defensa

Proteínas reguladoras

Proteínas exóticas

Son moléculas muy grandes, cuando poseen cadenas polipeptídicas idénticas son llamadas Proteínas oligoméricas

Las proteínas tienen una composición característica de AA

Secuencia de AA proporciona importante información

La secuencia de AA de una proteína determina su función biológica.

- Existen proteínas polimórficas, que desempeñan

igual función (en ser humano 20 al 30% de pr). - Existen secuencias de AA en una proteína que son

cruciales para el desempeño de su función, otras secuencias de AA pueden variar sin afectar dicha función.

Relación entre secuencia de AA, estructura tridimensional y

función - Existen familias de proteínas con características estructurales y

funcionales compartidas. Ej: proteasas, quinasas, etc. - La similitud está confinada está confinada a secuencias de AA,

llamadas dominios

Relación entre secuencia de AA y localización - Ciertas secuencias especiales de AA son secuencia señal,

ubicadas en el extremo amino, y utilizadas para dirigir proteínas al núcleo, superficie celular, exportación, citosol, etc.

- Otras secuencias sirven de anclaje para grupos prostéticos Ej: proteínas glucosiladas.

Relación entre secuencia de AA y evolución - Existen proteínas homólogas en especies diferentes con

secuencias de AA homólogas Ej: hemoglobina. - La secuencia de AA idéntica de estas proteínas se llaman

residuos invariables que están relacionados a estructura y función.

- La secuencia de AA diferentes en estas proteínas son los residuos variables.

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Citocromo c

El número de residuos que difieren en proteínas homólogas de dos especies es proporcional a la diferencia filogenética entre ambas especies

Niveles de arquitectura proteica

Conceptos

Conformación. Disposición espacial de la proteína. Estado que puede intercomvertirse en otro estado estructural sin romper enlaces covalentes.

Proteínas nativas. Son proteínas que se encuentran en su conformación funcional.

Dominio. Región compacta formada por 40 a 400 AA, que constituye una unidad estructural en el ámbito de una cadena polipeptídica mayor, es estable, identificable, y tiene función específica.

Ej: troponina C

Estructura tridimensional de las proteínas

Determinada por la secuencia AA

Define la función de la proteína

Es única o casi única.

Es estable por interacciones no covalentes.

Estabilidad de la conformación nativa. Determinada por interacciones tales como:

enlaces covalente disulfuro

enlaces no covalentes: puentes de H

interacc. hidrofóbicas interacciones iónicas fuerzas de Van der Walls

Modelos de proteínas siguen dos reglas básicas:

- AA hidrofóbicos al interior de la

estructura proteica - Deben formarse el mayor número de

enlaces de H

La estructura de las proteínas está ordenada jerárquicamente

Estructura Secundaria

Hay varios tipos de Estructura 2° que son estables, las mas difundidas son: hélice α Hoja plegada o conformación ß

Teniendo en cuenta la Estructura 2°

podemos clasificar las proteínas en fibrosas y globulares.

Hélice α

La hélice α es una estructura habitual en las proteínas (Pauling-Corey década 1950)

Unidad- giro de hélice: ocupa 0,56nm 3,6 AA

Estabilidad determinada por un uso óptimo de enlaces de H internos en la molécula entre el N electronegativo del enlace peptídico y el átomo de O del grupo carbonilo electronegativo del 4° AA que se encuentra en posición amino-terminal respecto a él.

C/u de los enlaces peptídico participa de la trama de enlaces H

Cada vuelta de hélice α, se mantiene unida a las adyacentes por enlaces puentes de H, la sumatoria proporciona estabilidad.

Toda la hélice α, pertenece a series L ó D de AA, y la forma más común es hélice levógira.

Restricciones de la estabilidad Determinada por la secuencia de AA

Repulsión electrostática. AA como Glu (-) ó Arg, Lys (+) a pH 7 se repelen con mayor intensidad que influencia de ptes de H.

Volumen de los grupos. El tamaño y forma de grupos R desestabiliza la hélice α Ej: Asn, Ser, Thr y Leu.

Interacciones entre cadenas laterales de AA. Hay interacciones críticas de tipo iónico (+ ó -) cada tres (o cuatro) AA.

Presencia de Pro. N forma parte del grupo imino no permitiendo su rotación y su enlace con H.

Identidad de AA localizados cerca de extremos helicoidales. AA cargados (+) en el extrema amino terminal tienen efecto desestabilizador, idem AA (-) en extremo carboxilo.

Lámina plegada ß Esqueleto de cadenas polipeptídicas en forma de

zig zag. Los enlaces de H que se establecen son

intercatenarios entre los grupos N-H y carbonilo Los grupos R de AA adyacentes sobresalen de la

estructura zigzag en forma opuesta dando lugar a la alternancia (por encima y debajo del plano de la lámina)

Las cadenas adyacentes pueden ser: Paralelas, con igual orientación amino ó carboxilo. Antiparalelas, con orientación alterna amino, carboxilo.

Estructuras supersecundarias

Muchas proteínas globulares contienen combinaciones de estructuras secundarias de hélice α. y lámina plegada β.

(a) Unidades βαβ, (b) meandro β, (c) unidad αα, (d) barril β, y (e) llave griega.

α queratinas

Colágeno

Estructura Terciaria El término estructura terciaria señala las conformaciones

tridimensionales únicas que asumen las proteínas globulares al plegarse en sus estructuras nativas o biológicamente activas.

Se caracterizan por: - Muchos polipéptidos se pliegan de forma que los residuos

de aminoácido distantes en la estructura primaria quedan cerca.

- Debido al eficaz empaquetamiento al plegarse la cadena polipeptídica, las proteínas globulares son compactas.

- La mayoría de las moléculas de agua quedan excluidas del interior de la proteína permitiendo las interacciones entre los grupos polares y apolares.

- Las proteínas globulares grandes (con más de 200 residuos de aminoácidos) suelen contener varias unidades compactas denominadas dominios.

- Los dominios son segmentos estructuralmente independientes que poseen funciones específicas (p. ej., unión

La estructura terciaria se caracteriza por: Muchos polipéptidos se pliegan de forma que los residuos de

aminoácido distantes en la estructura primaria quedan cerca. Empaquetamiento debido al plegamiento de la cadena

polipeptídica proteínas globulares son compactas.

Las moléculas de agua quedan excluidas del interior de la proteína permitiendo las interacciones entre los grupos polares y apolares.

Las proteínas globulares grandes (con más de 200 residuos de aminoácidos) suelen contener varias unidades compactas denominadas dominios.

Los dominios son segmentos estructuralmente independientes que poseen funciones específicas (p. ej., unión de un ion o molécula pequeña).

Tres dominios que se encuentran en varias proteínas. (a) La mano EF, que está formada por una configuración hélice-

vuelta-hélice, se une específicamente al Ca2 +. (b) El motivo dedo de cinc se encuentra habitualmente en las

proteínas que se unen al DNA. (c) Los botones sobre la cremallera de leucina representan

cadenas laterales.

Fuerzas estabilizadoras de la estructura terciaria se encuentran:

Interacciones hidrofóbicas entre -R apolares, los –R hidrofóbicos se orientan hacia el interior de la molécula, dado que hacia el exterior de la misma se encuentra el medio acuoso.

Interacciones electrostáticas, se dan entre residuos cargados como el de un –R ácido (-COO-) y el de un -R básico (-NH3+). Las proteínas en general tienen pocas interacciones electrostáticas, por lo que contribuyen poco a su estabilidad.

Enlaces covalentes, entre dos residuos cisteína de la misma o diferente cadena se pueden formar enlaces disulfuro, después que la proteína se ordenó espacialmente.

Estructura cuaternaria Son proteínas que poseen pesos moleculares elevados.

Están formadas por varias cadenas polipeptídicas.

Cada componente polipeptídico se denomina una subunidad.

Las subunidades en un complejo proteico pueden ser idénticas o

diferentes.

Las proteínas con varias subunidades en las que alguna o todas las subunidades son idénticas se denominan oligómeros.

Los oligómeros están formados por protómeros.

Un gran número de proteínas oligoméricas contienen dos o cuatro subunidades protoméricas, denominadas dímeros y tetrámeros, respectivamente.

Las subunidades polipeptídicas se ensamblan y se mantienen unidas por:

Interacciones no covalentes - interacciones hidrófobicas - interacciones electrostáticas - enlaces puente de hidrógeno Entrecruzamientos covalentes

Cambios conformacionales Funcionamiento de proteínas

Las propiedades biológicas de una molécula proteica depende de sus interacciones físicas con otras moléculas ligando

La unión proteína-ligando presenta gran especificidad.

Los cambios conformacionales inducidos por el ligando en esas proteínas se denominan transiciones alostéricas

Los ligandos que las desencadenan son efectores o moduladores.

Los efectos alostéricos pueden ser positivos o negativos, dependiendo de si la unión del efector aumenta o disminuye la afinidad de la proteína por otros ligandos.

Recordar: El ordenamiento espacial de una proteína es consecuencia de su

plegamiento. El plegamiento surge como resultado de las interacciones entre los -R.

Las proteínas con distinta secuencia se plegarán distinto y las que tienen

igual secuencia lo harán siempre de la misma forma a igual temperatura, pH y fuerza iónica.

La estructura primaria corresponde a la secuencia de aminoácidos sin ordenamiento espacial definido.

La estructura secundaria se estabiliza por puentes H, formando hélices : y láminas ß.

En la estructura terciaria las moléculas con regiones helicoidales se pliegan sobre sí mismas y se hacen más compactas: adoptan formas globulares. Aparecen interacciones hidrofóbicas, etc.

Algunas proteínas que constan de varias cadenas (oligómeros) que se estabilizan por interacciones entre sus -R y se ordenan regularmente forman estructura cuaternaria.

Pérdida de la estructura proteica Agentes físicos y químicos pueden romper la conformación

nativa de una proteína.

El proceso de destrucción de la estructura se denomina desnaturalización.

La desnaturalización normalmente no incluye la ruptura de los enlaces peptídicos, por lo tanto puede ser reversible.

Dependiendo del grado de desnaturalización, la molécula puede perder parcial o totalmente su actividad biológica.

La desnaturalización con frecuencia da lugar a cambios observables de las propiedades físicas de las proteínas.

Condiciones desnaturalizantes 1. Ácidos y bases fuertes. Los cambios de pH dan lugar a la

protonación de algunos grupos laterales de la proteína, lo cual altera los patrones de enlace del hidrógeno y los puentes salinos. Al acercarse la proteína a su punto isoeléctrico, ésta se hace insoluble y precipita la disolución.

2. Disolventes orgánicos. Los disolventes orgánicos hidrosolubles, como el etanol, interfieren con las interacciones hidrófobas, ya que interaccionan con los grupos R apolares y forman enlaces de hidrógeno con el agua y los grupos polares de la proteína.

3. Detergentes. Estas moléculas anfipáticas rompen las interacciones hidrófobas, haciendo que se desplieguen las proteínas en cadenas polipeptídicas extendidas.

4. Agentes reductores. En presencia de reactivos como la urea, los agentes reductores, como el ß-mercaptoetanol, convierten los puentes disulfuro en grupos sulfhidrilos. La urea rompe los enlaces de hidrógeno y las interacciones hidrófobas.

5. Concentración salina. La unión de iones salinos a los grupos ionizables de una proteína disminuye la interacción entre los grupos de carga opuesta sobre la molécula proteica. Las moléculas de agua pueden entonces formar esferas de solvatación alrededor de estos grupos.

6. Iones metálicos pesados. Los metales pesados, como el mercurio (Hg2+) y el plomo (Pb2+), afectan de varias maneras a la estructura proteica. Pueden romper los puentes salinos al formar enlaces iónicos con los grupos con carga negativa.

7. Cambios de temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de vibración molecular. Finalmente, se rompen las interacciones débiles como los enlaces de hidrógeno, y la proteína se despliega.

8. Agresión mecánica. Las acciones de agitación y trituración rompen el delicado equilibrio de fuerzas que mantiene la estructura proteica.

Problemas 1. Formule un dipéptido a partir de los aminoácidos

serina (ser) y alanina (ala) e indique: a. Enlace peptídico. b. Extremo amino. c. Extremo carboxilo. d. Radicales (-R). 2. El enlace peptídico tiene propiedades similares a un

doble enlace, impide la libre rotación en torno a él, por tanto los cuatro átomos del grupo peptídico se encuentran en el mismo plano, identifíquelos.

3. a. Defina estructura primaria. b. En el esquema se representa, en forma

simplificada, el mecanismo de síntesis de proteínas, que se verá más adelante y se profundizará en sus distintas etapas. A partir del mismo: resuma la relación entre la secuencia de bases del ADN y la secuencia de aminoácidos de un péptido.

4. a. A partir del esquema que representa a una proteína con estructura secundaria en alfa hélice y hoja plegada, caracterice esta estructura en cuanto a fuerzas estabilizadoras y observe entre qué átomos se establecen.

b. De ejemplos de proteínas con estructura secundaria y atienda su función biológica.

5. La mayoría de las proteínas celulares son globulares. Caracterice la estructura terciaria o globular a partir del esquema que se presenta abajo. Observe que esta estructura incluye tramos con estructura secundaria y además presenta otras interacciones entre las cadenas laterales de diferentes aminoácidos dentro de la misma molécula. Reconozca las interacciones representadas en el esquema.

7. La tripsina es una enzima proteolítica que hidroliza los enlaces peptídicos en los que el grupo carboxilo lo aporta la lisina o la arginina. Indique en el polipéptido formulado a continuación:

a. Con un círculo, el grupo amino terminal y el grupo carboxilo terminal.

b. Con un recuadro, los enlaces peptídicos. c. Con una flecha los enlaces peptídicos hidrolizados cuando el

péptido es tratado con tripsina. d. ¿Cuántos aminoácidos forman el polipéptido?

8. Los ácidos, bases, metales pesados, solventes, entre otros, son agentes desnaturalizantes.

a. Explique para dos de ellos qué fuerzas estabilizadoras de la proteína se ven afectadas.

b. ¿Qué diferencia hay entre hidrólisis y desnaturalización?