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Proteínas
Marijose Artolozaga Sustacha, MSc
Proteínas:Son polímeros de aminoácidos unidos
por ENLACES PEPTÍDICOS:Grupo α-carboxilo de aá 1Grupo α-amino de aá 2Se libera agua
– CO – NH –
Extremo carbonilo (C)
Extremo amino (N)
Carbono α
- Dipéptido: 2 aá unidos por enlace peptídico- Tripéptido: 3 aminoácidos- Oligopéptido: entre 4 y 100 aá- Polipéptido: entre 100 y 10.000 aá- Proteína > 10.000 aminoácidos
Las cadenas polipeptídicas son flexiblesy forman una espiral aleatoria que toma diferentes formas dependiendo de enlaces o fuerzas entre átomos y grupos
1. Enlaces covalentes• enlace peptídico• puente disulfuro (cistina)
Fuerzas que estabilizan la estructura de las proteínas:
2. Fuerzas no covalentes• enlaces iónicos (electrostáticos)• enlaces o puentes de hidrógeno • interacciones hidrofóbicas• fuerzas de van der Waals
1. Enlaces covalentesTienen hasta 80 veces más fuerza de enlace que los enlaces no covalentes
Puente disulfuroEstabiliza la estructura tridimensional de las proteínas
Es un enlace covalente
Interacciones electrostáticasFuerzas de• repulsión – cargas del mismo signo• atracción – cargas opuestas
= enlaces iónicos o salinos
2. Fuerzas no covalentes
Los enlaces iónicosSon más fuertes en el interior de las proteínas que entre ellas
Los grupos cargados son abundantes en la superficie de las proteínas, donde están estabilizadas por el agua y no interactúan entre sí
Asp –, Glu –, Lis+, Arg+, His+
Puentes de HidrógenoH unido covalentemente a un átomo electronegativo (donador) se comparte con otro átomo electronegativo (aceptor)
•Entre N-H y O=C de los enlaces peptídicos
•Entre átomos de grupos laterales
•Con el agua
Interacciones HidrofóbicasSon las fuerzas no covalentes más importantes que hacen que un polipéptido se pliegue en su estructura funcional
Los grupos no polares no se atraen pero, cuando se juntan, el área de superficie en contacto con el agua se reduce, desplazando agua al grueso del disolvente•Aumenta la entropía•Termodinámicamente favorable
Fuerzas de van der Waals-LondonSon las fuerzas no covalentes más débiles
Pero muy importantes para la formación de la estructura de las proteínas
Depende mucho de la distancia entre los átomos
4 niveles de estructura:Estructura primaria:
Secuencia de aminoácidos
Estructura secundaria:Conformación en láminas o hélices
Estructura terciaria:Conformación espacial tridimensional
Estructura cuaternaria:Unión de subunidades
Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de la hemoglobina
Tipos de proteínas según su forma
• Fibrosas • Colágeno• Queratina• Fibroína - seda
• Globulares (=Globulinas)• Hemoglobina• Mioglobina• Inmunoglobulinas• Muchas enzimas
E1 - E2
E1 - E2 - E3 -(E4)
Estructura primaria:
La secuencia de los aá
unidos por enlace peptídico (covalente)
Así se sintetizan las proteínas
Es lo que se codifica en el ADN
Suele incluir los puentes disulfuro
Algunas hormonas proteicas sólo tienen Estructura Primaria:• Insulina, vasopresina (hormona antidiurética), secretina y otras hormonas digestivas
La E1 de una proteína determinaSu estructuraSu mecanismo de acciónSu funciónSu relación con otras proteínas de función fisiológica similar
Ejemplos →
Ej. E1 de la Insulina
La E1 de las insulinas de distintas especies animales es casi idéntica, excepto en 4-5 posiciones de aá:
>> La E1 de una prot es esencial para su función
Ej. E1 de la Hemoglobina en la Anemia falciformeLa E1 de la hemoglobina normal y la de la que produce células falciformes se diferencia sólo en un aá: (<<mutación de una sola base del ADN)
Se cambia un Glutamato (polar) por una Valina (apolar) en la molécula de globina β.
>> La E1 de una proteína es esencial para su función
Estructura secundaria:
Es el plegamiento tridimensional local Se debe a los enlaces de H entre los NH y C=O
de enlaces peptídicos distantesLas más estables son 2:
Hélice α Hoja plegada β
Las proteínas fibrosas sólo tienen E1 y E2 (especiales)
Generalmente funciones estructurales
Pte de H entre aá de la misma molécula (cada 3 aá)
• Hélice α
Ej. Proteínas fibrosas: Miosina, queratina, colágeno
• Hélice α
Ej. Queratina del pelo, uñas, etc
ej. Colágenode tendones y ligamentos
• Hélice α - tipo cable:
Contiene mucha cantidad de: •Glicina•Prolina o Hidroxiprolina•Hidroxilisina
ej. Colágeno de tendones y ligamentos
Modificaciones:-Hidroxilaciones < vitamina C-Grupos carbonilo perpendiculares crean ptes de H muy fuertes entre cadenas
Ptes de H entre aá de dos cadenas o regiones similares distantesAlineadas en dirección paralela o antiparalela
• Hoja plegada β
Ej. Proteína fibrosa: Fibroína de la Seda
Ej. Proteína fibrosa: Fibroína de la Seda
Estructura terciaria:• Describe la posición de cada uno de sus átomos en el espacio, tridimensional
• Para las proteínas globulares
• Átomos muy separados entre sí en la estructura primaria aparecen juntos en el espacio
• Grupos laterales apolares aparecen juntos en el interior de la molécula lejos del agua
• Grupos ionizados se encuentran en el exterior
Las proteínas globulares combinan hélices α, hojas β y giros y bucles para formar su E3
Regiones compactas semiindependientesen que se pliegan frecuentemente las cadenas polipeptídicas largas
Entre 100 - 150 aá consecutivos
Núcleo apolar interno y exterior polar
Interconectados por segmentos de cadena sin estructura secundaria regular
Pueden tener una tarea o función
Dominios
Los dominios pueden presentarse globulares y separados por una hendidura
Frecuentemente en esta hendidura se encuentra el sitio funcional de la molécula (enzimas)
con grupos laterales pertenecientes a varios dominios – alejados en la secuencia
Dominios
Los dominios pueden moverse unos con respecto a otros
Ej.
Hexoquinasa cataliza la fosforilación de Glucosa por ATP:
Sitio de unión de glucosa: entre dos dominios
Cuando se une, los dominios se cierran y
la atrapan para su fosforilación
Hexoquinasa+
Glucosa libre
Hexoquinasa con Glucosa unida al centro activo
Cada dominio puede tener diferente tarea dentro de las funciones de la misma proteína
Por ejemplo:
En las enzimas alostéricas:
Los sitios alostéricos y los sitios catalíticos pueden estar en distintos dominios de la misma proteína
Estructura cuaternaria:• Algunas proteínas poseen subunidades
• Las subunidades tienen estructura tridimensional (E3)
• Estas interactúan entre sí formando una estructura funcional cuaternaria (E4)
•Ej. Interacciones entre las 4 subunidades de la Hemoglobina
La hemoglobina transporta el O2 de los pulmones a las células y el CO2 de vuelta, con ayuda del grupo Hemo
La mioglobina almacena el O2 en los músculos con ayuda del grupo Hemo; se usa en ejercicio extenuante
MioglobinaSólo E3
Cadena β de la Hemoglobina HbA1
Parte de su E3
Las estructuras globales son muy parecidas, excepto en los extremos N y C terminales
Estructura cuaternaria de la Hemoglobina:• 4 subunidades:
2 α y 2 β
• 4 grupos Hemo
Ej. Cooperatividad positiva de la Hemoglobina
• La fijación de un O2 a la primera subunidad de desoxi-hemoglobina facilita a fijación de O2 a las otras subunidades
• Y la disociación de un O2 de la Hb totalmente oxigenada facilitará la disociación de O2 de las otras subunidades
Interacciones entre subunidades, en proteínas con E4:
Interacciones entre subunidades, en proteínas con E4:
Ej. Algunas enzimas alostéricas tienen:• Subunidades alostéricas• Subunidades catalíticas
• La fijación de un activador alostérico facilita la unión del sustrato en la subunidad catalítica
• La fijación de un inhibidor alostérico dificulta la unión del sustrato en la subunidad catalítica
Conformación nativaEs la conformación tridimensional (secundaria, terciaria y cuaternaria) que adopta espontáneamente cada proteína a partir de su estructura primaria.
-en las condiciones de disolución correctas-en presencia de sus grupos prostéticos (*)
Las proteínas chaperonas aumentan la velocidad del plegamiento proteico hacia su forma nativa
Es la conformación funcional
Desnaturalización• Pérdida de la E2, E3 y/o E4 nativas
• No necesariamente se rompe la E1
• Implica pérdida de la función de la proteína
• Causas fisiológicas:
• cambio de pH• cambio de fuerza iónica• cambio de temperatura• la unión de grupos prostéticos, cofactores y
sustratos influye en estabilidad
Métodos experimentales de desnaturalización de proteínas:
• Adición de:• Base fuerte• Ácido• Disolvente orgánico• Urea• Detergentes
• Calentamiento (>60ºC)
• Congelación / descongelación
Métodos para el estudio de proteínasPara el estudio de una proteína de interés, primero es importante extraerla y purificarla: •ejemplo:
• Romper las células que la contienen• Eliminar otras moléculas: lípidos, ácidos nucleicos…• Precipitar y eliminar otras proteínas • Cromatografías para purificarla
Ya pura, se puede a veces cristalizar, para poder ver su estructura tridimensional por difracción de rayos X
Métodos para el estudio de proteínasLa caracterización de una proteína incluye datos como:
• Peso Molecular• Estructura cuaternaria (subunidades)• Estructura tridimensional• Secuencia y composición de aá• Cofactores que se le unen• Función o actividad
• pH y temperatura óptimos• Especificidad de sustrato (enzimas)
• etc
Métodos para el estudio de proteínasMétodos de determinación del Peso Molecular:
• Ultracentrifugación (Svederg)
• Centrifugación en gradiente de sacarosa• Filtración en gel = cromatografía• Microscopio electrónico (las muy grandes)
• Electroforesis en gel de poliacrilamida, PAGE:• Las moléculas cargadas se mueven entre dos electrodos
y se separan en un gel con cierta porosidad• El gel se tiñe con azul de Commassie o plata Ag+ para
visualizar las bandas
Métodos para el estudio de proteínasElectroforesis en gel de poliacrilamida, PAGE:
Las proteínas se desnaturalizan hirviéndolas con SDS y mercaptoetanol:•mercaptoetanol → se separan las subunidades•SDS → todas con carga negativa y forma similar
Proteínas se separan según su tamaño, no su carga
• Para determinar el PM de la proteína: Se compara con la separación de proteínas con PM definido
etc…
Enzima Porfobilinógeno Sintasa dePseudomonas aeruginosa
Ej. Estructura cuaternaria muy compleja
Ej. Inmunoglobulinas, anticuerpos
• Son glicoproteínas
Complejo antígeno-anticuerpo
Ej. Inmunoglobulinas
Ej. Caseína
Hidrólisis por la renina
•Aá hidrofóbicos•Micelas•Fosfato de calcio
•Hidrolizado más insoluble: precipita o “coagula”
Ej. Ovoalbúmina
•Estructura terciaria globular•Se desnaturaliza por el calor
Ej. Gelatina
Ej. Lipoproteínas
Ej. Actina y miosina