CONTENIDO CAPITULO III

Transcripción

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2 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura TEID APITUL III 70

3 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura 1) LAS PTEÍAS 74 a) aracterísticas del enlace peptídico 76 b) iveles de organización en las proteínas 80 1) Estructura primaria 80 2) Estructura secundaria 81 a) Est. Alfa- élice 81 b) Est. Beta Plegada 83 3) Estructura terciaria 84 4) Estructura cuaternaria 85 5) Estructura pentenaria 86 2) LS DMIIS, MTIVS Y LA EST. SUPESEUDAIA DET DE LA EST. TEIAIA 86 3) ESTUTUA Y FUI. PLEGAMIET ASISTID DE LAS PTEÍAS 89 4) DISTITS MDELS PAA EXPLIA EL PLEGAMIET DE LAS PTEÍAS 93 5) EGLAS BÁSIAS PAA EL PEGAMIET DE UA PTEÍA 93 6) SLUBILIDAD DE LAS PTEÍAS 94 a) Efecto del p 95 b) Efecto de los grupos vecinos sobre la ionización de los Aminoácidos 97 c) Efecto de la temperatura 99 d) Adaptación de las Proteínas a las altas y bajas temperaturas 101 e) Efecto de la fuerza iónica 102 f) Efecto de la constante dieléctrica 105 7) EJEMPL DE PTEIAS FIBILAES 106 a) α - Keratinas 95 b) β - Keratinas 98 8) ALGUAS AATEÍSTIAS DE LAS ESTUTUAS α - Y β - PLEGADAS 98 9) LÁGE

4 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura TEID APITUL III 10) AMALÍAS E LA SÍTESIS DEL LÁGE 103 a) Escorbuto 103 b) Ehler Danlos 104 c) steogénesis Imperfecta 106 d) Gangrena Gaseosa 106 e) esumen de onceptos sobre el olágeno 118 9) ELASTIA ) PTEÍAS GLBULAES 119 a) Leghemoglobina 120 b) Mioglobina 121 c) emoglobina ) TATS ETE LAS SUBUIDADES DE LA EMGLBIA ) SUPEÓXID DISMUTASA ) EVEJEIMIET DE LAS PTEÍAS 127 a) Sistema Ubiquitina-Proteosoma 130 b) Sistema de las alpaínas y alpaestatinas regulado por a. 131 c) Función de los Lisosomas en células senescentes ) EEFALPATÍAS ESPGIFMES ) EFEMEDADES AUSADAS P PTEÍAS MAL PLEGADAS ) LUSIES GEEALES SBE EL PLEGAMIET DE LAS PTEÍAS BASAD E LAS EEFALPATÍAS ESPGIFMES ) PTEÓMIA

5 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura 1) LAS PTEIAS. 73

6 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura Las proteínas son entidades macromoleculares formadas por el enlace peptídico entre los grupos α-arboxilos y α-aminos pertenecientes (Fig. 1a - 4) a los 19 α-l-aminoácidos y un α-iminoácido (Prolina). Las proteínas son consideradas como heteropolímeros, cuya estructura tridimensional se genera a partir de la interacción de los residuos α - con su misma cadena u otra cadena vecina, además de las interacciones laterales por medio de los grupos carbonilos e iminos presentes en cada enlace peptídico (Fig. 1b - 4). Las proteínas se caracterizan por tener las más variadas funciones. Entre ellas se cuentan la integridad estructural del esqueleto celular, la síntesis de nuevas proteínas, el transporte de a) En el ELAE PEPTIDI participan los grupos α - arboxilo y los α Amino de cada aminoácido con residuos 1 y 2, liberando una molécula de agua AB α AB α α-abxil α-ami b) La interacción intracadena o intercadena entre los grupos y entre los grupos α - arboxilo y los α Amino produce plegamientos en la estructura - - Fig. 1a - 4. Los grupos α - arboxilo y α - Amino participan en el enlace peptídico. Fig. 1b - 4. La interacción entre los grupos laterales conduce al plegamiento 3D. moléculas a través de membranas, la reparación de daños sufridos por la célula junto a la defensa contra ataques externos, el reconocimiento de ciertas secuencias de los ácidos nucleicos y muchas otras más. Entre sus amplias propiedades se encuentra la capacidad de catalizar y modular reacciones químicas, junto con transmitir información fisiológica incluyendo el control de los procesos que ocurren en la célula durante el crecimiento y la división celular. En la actualidad aún se continúa pesquisando nuevas funciones a las proteínas, sin haberse agotado su versatilidad del todo. 74

7 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura Algunas funciones de las Proteínas D A G E G E G E E Transcripción Poliribosomas Traducción ormona Enzima Proteína Estructural l eceptor Substrato Producto Fig. 2-4.Las proteínas ejercen diversas funciones y son la forma de expresión del DA. Las proteínas se encuentran codificadas en su totalidad por el material genético (Fig. 2-4), sin embargo no puede decirse lo mismo acerca del control de su expresión, ya que se ha observado que también podría depender de mecanismos epigenéticos. tras moléculas como los idratos de arbono y Lípidos, no se encuentran codificadas en el DA, sin embargo el conocimiento intrínseco de estas estructuras moleculares permanece y se expresa por medio de las proteínas y en especial por el sitio activo de las enzimas, que intervienen tanto en la síntesis como la degradación de estos compuestos no codificados. o solo distintos genes con diferentes secuencias permiten la existencia de múltiples proteínas diferentes, si no que un mismo gen cuya proteína sufre varias modificaciones a nivel de la transcripción, traducción, ensamble y vida media, puede generar proteínas con distintas actividades en su desempeño. En general, una proteína codificada por un solo gen que cuenta con exones e intrones, puede sufrir cambios no solo debido a una distinta combinación de exones, sino que cambios post-traducción, desde los ribosomas hasta su punto de llegada donde ejerce su función. Durante su vida media, las modificaciones químicas a las que se ve sometida la envejecen y la conducen a ser marcada para la destrucción por un sistema especializado (Ubiquitina-Proteosoma).Todos estos procesos son estudiados por aquella nueva ciencia denominada como Proteómica. En la actualidad, se entiende que las proteínas son el idioma por el que se expresa el DA. Este idioma permite la creación, continuidad y evolución en el tiempo de complejas estructuras vivientes. Las letras de este idioma son los aminoácidos que pueden unirse entre si generando distintas palabras con distintos significados, así como las estructuras proteicas son capaces de ejercer distintas funciones. 75

8 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura El grupo α-arboxilo de un aminoácido se encuentra unido al grupo α-amino de otro aminoácido por medio de la enzima Peptidil Transferasa (Fig. 3-4). Esta reacción ocurre en la superficie de los ribosomas durante el proceso de síntesis polipeptídica, es decir cuando se dispone de los dos aminoácidos anclados con su respectivo A de transferencia a los sitios Peptidilo y Aminoacilo. En este lugar se procede a formar una unión química entre el grupo eto perteneciente al grupo α-arboxilo, que se encuentra formando una unión éster con el grupo 3 - de la ibosa perteneciente a su respectivo At. El grupo α-2 presente en el otro extremo del aminoácido adyacente sitio A, dona un par de electrones para romper la unión éster del primero dejando al At unido al sitio P libre. A continuación se elimina una molécula de agua y se consolida el enlace con el aminoácido unido al At del sitio A. A U Formación del enlace Peptídico por la PEPTIDIL TASFEASA. A de transferencia 5 ' P A U G U A A A A A U U U 3 ' 5 ' P A U G A A A A U U U 3 ' d -- d 1 PEPTIDIL TASFEASA 2 U A ELAE PEPTIDI Durante la reacción se elimina una molécula de agua Fig La formación del enlace peptídico es catalizada por la PEPTIDIL TASFEASA. La energía necesaria para romper un enlace peptídico es alta, cerca de 110 Kcal /mol y solo se hidroliza mediante incubaciones en presencia de l 6 o mediante un álcali fuerte a temperaturas de 110 o por 24 hrs. o más. a) AATEISTIAS DEL ELAE PEPTIDI. Volver al inicio 1) Los cuatro átomos que forman el enlace peptídico (,, e ), tienen configuración trans y son coplanares. El doble enlace = cuenta con un enlace σ y otro del tipo π. El electrón deslocalizado de este último, se desplaza hacia el enlace -, otorgándole rigidez y carácter de doble enlace al impedir la rotación de este (Fig. 4-4). 76

9 entros de rotación Psi ( Ψ ) y Phi (Φ) Distancias promedio 1,53 A 0 -α 0 1,47 A Psi ( Ψ ) 0 1,32 A Phi (Φ) 0 1,23 A 2 1,0 A 0 -α LS ELAES -- TIEE U ELETÓ DESLALIZAD 1 Psi ( Ψ ) Phi (Φ) 2 Fig El enlace peptídico presenta estabilización por resonancia del electrón Pí (π). 77

10 2) Los enlaces arbono-α-imino denominado Phi (Φ) y arbono-α-arbonilo denominado Psí (ψ) son los únicos capaces de rotar y mantienen a los grupos lo más separados posibles en la conformación antepuesta (Fig. 4-4), ya que en caso contrario sus nubes electrónicas entrarían en contacto y se repelerían como sucede en la posición eclipsada. Psi ( Ψ) Phi (Φ) -α Fig Los enlaces Psi ( Ψ ) y Phi (Φ) se encuentran a ambos lados del arbono α. Ambos enlaces son flexibles y permiten la movilidad de los grupos, entre las formas eclipsadas y antepuesta La cadena polipeptídica en la figura muestra los grupos por sobre y bajo el plano. En un polipéptido cualquiera los aminoácidos en los extremos de la proteína se denominan como Amino terminal (t) y arboxilo terminal (t). Una proteína empieza por el Amino terminal, siendo este el aminoácido numero 1 y finaliza en el arboxilo terminal o aminoácido número n. De esta manera ambos grupos terminales se encuentran libres en la mayoría de los casos y pueden estar expuestos al medio. En otras proteínas el grupo Amino terminal puede estar bloqueado por un grupo formilo o bien glicado o unido a una aldohexosa, mientras que el grupo carboxilo puede estar esterificado. Entre el t y t se encuentran toda la gama de grupos (Fig. 5-4), perteneciente a los 20 aminoácidos, que pueden ser repetidos o no. Los grupos se caracterizan a su vez por ser hidrofóbicos, hidrofílicos con cargas netas y aún polares, pero sin carga como son los grupos (idroxilo), -S (Tiol) y -2 (Amida). Algunos de los grupos pueden ser voluminosos impidiendo la rotación de los enlaces Phi ( φ ) y Psí ( ψ ) o bien de reducido tamaño que no presentan impedimento. Los residuos α-, más los grupos t y t, al interaccionar entre sí o con el medio contribuyen a la conformación tridimensional de una proteína. Por lo tanto la actividad biológica de una proteína dependerá de su geometría estructural o disposición espacial y esta a su vez dependerá de la interacción entre sus aminoácidos a lo largo de la secuencia. Que grupos determinan la estructura tridimensional de una proteína? Por ejemplo, si se tiene una proteína de 100 aminoácidos, en ella existirán 99 enlaces peptídicos y al ser estirada y expuesta al medio se tendrá un total de 100 grupos α-, más los dos grupos terminales. 78

11 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura El total de estos grupos expuestos al medio externo acuoso, junto con los grupos carbonilos e iminos pertenecientes a los enlaces peptídicos, generarán por sus características termodinámicas intrínsecas de contacto, la estructura tridimensional de la proteína. Los mecanismos precisos por los que se adquiere la conformación tridimensional se examinarán más adelante. Volver al inicio b) IVELES DE GAIZAI E LAS PTEIAS. lásicamente las proteínas tienen cerca de cinco niveles de organización: 79

12 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura 1) La Estructura primaria esta definida desde 1959 y depende del orden y secuencia de los aminoácidos en la cadena lineal. Por ejemplo, Gly, Glu, Ser, Val es una secuencia y Val, Glu, Ser, Gly otra distinta, aunque tengan los mismos aminoácidos (Fig. 6-4). Sin embargo, se ha observado que la estructura primaria no siempre determina los otros niveles de organización en una proteína. Por ejemplo, una proteína recién sintetizada en los poliribosomas o en el retículo endoplásmico rugoso, puede necesitar de alguna ayuda para alcanzar su estructura funcional. Esta ayuda se encuentra en otras proteínas denominadas haperonas. Estas se encuentran tanto en el itoplasma como en el interior del retículo endoplásmico rugoso y vigilan que las interacciones entre los residuos de aminoácidos de las cadenas polipetídicas, sean las adecuadas para alcanzar una conformación funcional. Si no ocurriera de esta forma, las proteínas recién sintetizadas podrían plegarse en la forma inadecuada o bien interaccionar entre ellas y formar agregados G l y Ambos polipéptidos tienen los mismos aminoácidos, sin embargo son estructuralmente distintos 2 S e r A l a G l u 2 S e r A l a 3 G l y G l u Fig. 6-4.uatro aminoácidos pueden formar un número de 4! = 24 polipéptidos distintos. antes de plegarse en su forma nativa. inicio Volver al 2) La estructura secundaria, se encuentra representada por varios tipos de ordenamiento y complejidad espacial. Entre ellos se encuentran los tipos denominados: a) α-élie b) β-plegada 80

13 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura a) ESTUTUA α ÉLIE La α-hélice se encuentra formada por una cadena polipeptídica con 3,6 residuos por vuelta con una torsión hacia la derecha (Fig. 7-4). Su existencia se debe a la interacción por enlace hidrógeno entre los grupos carbonilos e iminos, pertenecientes a los distintos enlaces peptídicos. La interacción dominante en este caso es del tipo intracadena. En otras palabras los carbonilos e iminos de la misma cadena polipeptídica forman enlace hidrógeno entre ellos, dejando 3 aminoácidos de por medio. Estas interacciones ocurren entre el aminoácido n - 1 y n - 5. De esta forma se disponen los enlaces hidrógenos élice α mostrando los planos de los enlaces peptídicos. interacción enlace hidrógeno 6 2 Fig. 7-4.Alfa (α) -hélice vista desde distintos ángulos. paralelos a la hélice: ( - - )n - n = 3 Existe un segundo tipo de hélice que es más común en las proteínas globulares donde n es igual a 4: ( - - )n n = 4 2 Distribución de los grupos, visto desde arriba enlace hidrógeno enlace hidrógeno Las interacciones por enlace hidrógeno vistas en la cadena lineal

14 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura La α-élice de preferencia está formada por los aminoácidos de pequeño tamaño del tipo hidrofóbico y algunos polares sin carga. En la Figura 8-4, se puede observar tres hélices unidas por puentes disulfuros. La Glicina a pesar de ser pequeña no participa de la hélice, ya que el hidrógeno que tiene por grupo, no favorece estéricamente la torsión entre los ángulos (Phi) φ y (Psí) ψ,, como se requiere para mantener una hélice. La Prolina al contrario introduce demasiada torsión, la que es incompatible con la hélice. Por otro lado, el aminoácido Glutámico tiene carga negativa y con la presencia de dos aminoácidos adyacentes puede introducir una repulsión. A pesar de ello se ha encontrado la presencia del aminoácido Glutámico en algunas hélices, sin embargo a p inferior a 3. II I S S II I II I II I II I S S II I S II II S I I Fig Tres Alfa- hélices unidas por puente disulfuro II I La estructura α - élice, es muy frecuente entre las proteínas, sin embargo los aminoácidos con carga no forman parte de este tipo de estructura a ps normales. Aquellos otros aminoácidos voluminosos como Fenilalanina, Triptófano e Isoleucina, tampoco permiten la formación de la α - élice, cuando se encuentran juntos en una secuencia debido al impedimento estérico (tamaño, abultamiento). tro factor a considerar aquí, es la polarización de la hélice debido a la existencia de dipolos individuales que se forman por cada grupo carbonilo que participa en el enlace hidrógeno. Por esta razón, se favorecen los aminoácidos de carga negativa en el extremo t y los aminoácidos positivos en el extremo t de la hélice. b) ESTUTUAS β -PLEGADAS Volver al inicio 82

15 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura tra estructura del tipo secundario es la llamada (Beta) β- Plegada (Fig. 9a - 4), que se forma por la interacción enlace hidrógeno intercadena que ocurre entre los grupos carbonilos e iminos pertenecientes al enlace peptídico en cada una de las cadenas a ) b ) Sobre el plano Bajo el plano ( ) ( ) ( ) Fig. 9a - 4. La β -Plegada se encuentra en la seda y las telas de araña. Fig. 9b - 4. Las proteínas α y β plegadas forman entre sí las estructuras Supersecundarias. polipeptídicas. De esta manera una cadena polipeptídica puede interaccionar en forma paralela (t----->t) o antiparalela (t<-----t) con otra cadena o consigo misma al plegarse. Los plegamientos que ocurren entre las estructuras secundarias se llaman supersecundarios y dan origen a estructuras del tipo β-β antiparalelas, α-α antiparalelas y β-α-β, donde ambas β están paralelas entre sí (fig. 9b - 4). Algunas de estas estructuras supersecundarias son parte de motivos estructurales e incluso dominios de una proteína. Ambos son términos que identifican el grado de organización de las proteínas y presentan una actividad o función característica que suele repetirse en distintas proteínas, como se verá más adelante. De esta manera, es posible concluir por ahora que las distintas agrupaciones espaciales que se alcanzan, no son más que la búsqueda de la estabilidad energética con el medio o el solvente, por medio del empaquetamiento de las estructuras en un conjunto. tros tipos de estructuras secundarias se observarán mas adelante. Volver al inicio 83

16 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura 3) Estructura terciaria, se le denomina al ordenamiento tridimensional alcanzado por la interacción de los residuos laterales de los aminoácidos o grupos α -. Una proteína debe tener sobre los 40 aminoácidos para que los residuos laterales tengan un cierto grado de cooperatividad, que les permita alcanzar la estructura terciaria. Esta estructura representa una ordenación tridimensional en el espacio y la alcanzan aquellas proteínas solubles en agua. Este tipo de proteínas se caracteriza por ser hidrofóbicas por dentro e hidrofílicas por fuera (Fig. 10-4). villo al Azar _ 2 3 Int. hidrofobica _ 2 Enlace idrogeno Int.Ionica _ 3 Puuente disulfuro 2 2 S S 2 M e oordinacion por un Metal _ Fig El plegamiento en tres dimensiones depende de los grupos, más los arbonilos e Iminos. Volver al inicio 4) Estructura cuaternaria, es producida por la interacción entre varias cadenas polipeptídicas ya plegadas en tres dimensiones, mediante los grupos laterales alfa y/o terminales (Fig. 11-4), que se extienden al exterior de cada glóbulo o subunidad. Varias subunidades con estructura terciaria pueden agruparse entre sí por medio de estas interacciones débiles y en algunos casos se encuentran puentes disulfuro para formar una proteína de mayor resistencia. 84

17 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura El propósito de tener una proteína formada por varias subunidades o protómeros es de importancia económica para la célula. Una proteína gigante de un solo polipéptido puede tener un error en la secuencia. Este error es capaz de provocar en la proteína la pérdida total de su funcionalidad. Sin embargo, si el error aparece en una subunidad pequeña o protómero, este último podrá ser descartado durante el proceso de ensamble. Por otro lado una proteína con varias subunidades puede presentar la capacidad de S ---- S S ---- S Fig La estructura cuaternaria es mantenida por interacciones débiles, como aquellas denominadas electrostáticas e hidrofóbica, con la excepción que la constituye el puente disulfuro. experimentar cambios conformacionales, al variar el grado de interacción entre una y otra subunidad mediante interacciones débiles susceptibles de graduar o cambiar el grado en que se encuentran comprometidas con la estructura general. Existen agrupaciones de proteínas en que repiten muchas veces una subunidad que interacciona con sus similares y son rígidas como la cápsula de un virus o bien son flexibles entre dos grados extremos como la emoglobina xigenada y Desoxigenada. Volver al inicio 5) Estructura pentenaria, se le considera a la interacción de una proteína cuaternaria con otras moléculas no proteicas, como son ácidos nucleicos, lípidos, etc. Estas interacciones son mediadas por enlaces del tipo débil y también por enlaces covalentes. En la Figura 12-4, se puede apreciar una estructura pentenaria representada por un virus o fago. Aquí existe una interacción entre proteínas, ácidos nucleicos e hidratos de carbono. 85

18 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura VIUS BATEIA T 4 D A APSIDA LLA LA FIBAS DE LA LA PLAA TEMIAL Fig Interacción entre distintas proteínas con los ácidos nucleicos. Volver al inicio 2) LS DMIIS, MTIVS Y LA ESTUTUA SUPESEUDAIA DET DE LA ESTUTUA TEIAIA. Se ha reconocido en la actualidad que las proteínas tienen dentro de su estructura terciara varios dominios, entendiéndose por ello a una secuencia discreta de aminoácidos que puede ser reconocida en distintas proteínas. Estos dominios se justifican al considerar que provienen de uno o más Exones. A su vez los Dominios pueden estar constituidos por uno o más Motivos ( motifs ), que pueden ser del tipo estructural, funcional y secuencial. Además, aquellos motivos pueden llegar a formar estructuras supersecundarias o combinaciones de α-élices y β Plegadas, que se agrupan entre sí con un fin determinado, como es la unión a un sitio específico del DA u otra proteína. Los Exones son los elementos transcritos y traducidos dentro de los genes discontinuos pertenecientes a los Eucariontes y los Intrones son los elementos que separan o flanquean a los Exones y que también son transcritos, pero no traducidos. De esta manera, tenemos que un gen Eucarionte no es más que un sistema alterno de Exones e Intrones, donde los primeros son las secciones codificantes para los distintos dominios o parte de estos dominios denominados motivos y que posteriormente se integran para formar la secuencia aminoacídica continua de una proteína. Mientras que los segundos o Intrones son los espaciadores entre los Exones. Al continuar con el análisis, vemos que los Dominios pueden a su vez estar formados por uno o más Motivos (motifs). Estos últimos se caracterizan por ser una estructura, una función o una secuencia particular de aminoácidos, que es típica de una determinada actividad proteica. Por ejemplo, aquel plegamiento de las α-élices destinada a acoger al grupo eme en un sitio hidrofóbico y que se encuentra en la emoglobina, Mioglobina y Legmioglobina, puede ser considerada como un motivo estructural. Más aún, encontramos que los Motivos pueden ser del tipo funcional, al representar una estructura que siempre se 86

19 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura le encuentra asociada a la misma función bioquímica, por ejemplo la hélice-vuelta hélice que se encuentra en las proteínas que se unen a una región determinada del DA. Al continuar profundizando el análisis se observa que el Motivo puede ser también un grupo de aminoácidos en distintas partes de la secuencia, pero que integrados tridimensionalmente tienen una función específica. Así tenemos a las enzimas denominadas Proteasas dependientes de Serina. A pesar que son distintas, todas ellas coinciden en tener Aspártico, istidina y Serina en sus sitios activos como aminoácidos catalíticos destinados a romper o hidrolizar enlaces peptídicos en otras proteínas. La secuencia entre estos tres aminoácidos es distinta en cada uno de los integrantes de la familia, pero se pliegan en el espacio para coincidir los tres aminoácidos en el sitio activo. Este es un ejemplo de evolución convergente. En el siguiente esquema se puede aclarar parte de lo enunciado anteriormente: DA: GEXXX EX1--Intron--EX2--Intron--EX Proteína XXX: - EX1-----EX2-EX3- Dominios --- DMII A------DMII B-- formados por: Exón 1 Exón 2 y 3 Motivos : --- Motivo a ---- Motivo (b x )----- Plegamiento en tres dimensiones: -- Motivo (a x) Motivo b Propiedad otorgada por cada dominio : -- atálisis sobre Solubilidad Unión a -- un sustrato en agua membrana específico En este esquema se aprecia que los Exones dan origen a los Dominios y estos a su vez están formados por uno o más Motivos. Así tenemos que el Exón 1 codifica para el dominio A, mientras que los exones 2 y 3 codifican para el dominio B de una proteína. A su vez los dominios pueden formar motivos directamente en la secuencia uno a continuación del otro o cuando se pliegan en tres dimensiones (motivo a con motivo x) para entregar propiedades como catálisis sobre un sustrato específico, solubilidad en agua, unión a una membrana, interacción con otra estructura proteica, etc. En resumen los dominios o módulos pueden ser precisamente definidos como una estructura discreta que depende del orden y secuencia lineal de un conjunto definido de aminoácidos. Estos aminoácidos se pliegan de una manera espontánea (de acuerdo a las interacciones termodinámicas), formando estructuras persistentes y a la vez reconocibles en motivos que contribuyen al plegamiento general de la proteína en el espacio. 87

20 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura Las unidades modulares o dominios pueden aparecer una o varias veces en una misma proteína o en algunos casos en diferentes proteínas con algunas modificaciones que les permiten ser aún reconocibles. El conjunto de propiedades atribuidas a los dominios permiten deducir que los genes codificadores han evolucionado por medio de la: a) Duplicación Génica, (Fig. 13-4) donde se forman varios dominios por mutación a partir de un gen primordial e inmutable. De esta manera se originan proteínas con dominios similares y pseudosimetría. b) Fusión Génica, por este mecanismo se producen dominios con similar función y estructura en distintas proteínas. Es decir, un solo dominio se encuentra repartido en DMIIS : úmero discreto de aminoácidos con una función específica y que contribuyen a la actividad general de la proteína IT : Secuencia de interrupcion no codificadora. E X : region que codifica para un dominio o solo parte de este. Proteina formada por tres dominios MEAISMS PAA LA FMAI DE LS DMIIS 1) Duplicacion y modificacion Duplicacion y mutacion de un gen DA duplicado en TADEM Duplicacion y mutacion de un gen DA duplicado en TADEM X Intron X Y Intron Y 2) ecombinacion X Y Formacion de nueva proteina con 3 dominios o modulos. Fig Los Dominios son porciones discretas de aminoácidos que forman estructuras distintas proteínas (Fig. 13-4). En la misma Figura 13 4, se puede observar como se forma una nueva proteína mediante la duplicación génica seguida por modificación y recombinación. La nueva proteína tiene un dominio original y otros dos dominios X e Y modificados. 3) ESTUTUA Y FUI. PLEGAMIET ASISTID DE LAS PTEÍAS. Volver al inicio 88

21 éctor ocha L. Las Proteínas y su Estructura Se dice que una proteína se encuentra en su estado ATIV cuando ha adquirido la conformación óptima para llevar a cabo una función. Su estructura tridimensional se ajusta al rol biológico que debe desempeñar. En cambio se dice que una proteína se encuentra DEATUADA, cuando ha perdido su estructura terciaria y no lleva a cabo su función o bien se hace insoluble. Es claro que de lo anterior se deduce la importancia de la estructura espacial de una proteína. Esta depende esencialmente de las interacciones débiles entre los aminoácidos a lo largo de la secuencia en la cadena polipeptídica. Es interesante hacer notar que a pesar de que una proteína se pliegue de distintas maneras solo una de ellas será la funcional, las otras formas serán de escasa actividad biológica aunque no hallan alcanzado el estado de denaturación. Para ilustrar la importancia de como la estructura terciaria está basada en la estructura primaria de una proteína, se puede analizar como ejemplo el caso de una PE-P Proteína. Esta proteína posee una o más secuencias extras (Pre Pro) en el lado t de la cadena polipeptídica, las que se emplean para señalizar: a) ubicación de la proteína en uno de los compartimientos de la célula. b) desarrollo de la actividad biológica en un lugar y tiempo determinados. Así tenemos que en el caso a) si los primeros aminoácidos de la secuencia desde el amino terminal son de carácter hidrofóbico, esta será una señal para que la proteína atraviese la membrana de un compartimiento y una vez que lo halla logrado el polipéptido extra PE es removido. En el caso b), si la proteína es una enzima que solo debe ser activada en el interior del compartimiento, la remoción de la segunda secuencia extra P, que se puede encontrar a continuación de la secuencia PE permitirá que la enzima o la proteína alcance su conformación activa para catalizar una determinada reacción. En ambos casos se observa que la ausencia de trozos de la secuencia aminoacídica, provoca cambios conformacionales en la proteína que repercuten en su actividad. Si a continuación procedemos a denaturar esta proteína ya no podrá alcanzar nuevamente su conformación nativa, porque le falta la interacción cooperativa necesaria de aquellos residuos que se encontraban situados en la sección que se perdió. Por otro lado, si es denaturada cuando se encontraba completa con la sección PEP, es muy probable que alcance la estructura nativa. En este ejemplo se enfatiza la importancia del concepto de ooperatividad, presentado entre las interacciones débiles a lo largo de la secuencia aminoacídica de una proteína. Si se pierde la información para alcanzar la conformación funcional de una proteína o estado ATIV, esta no se pliega de la manera adecuada para llegar a ser activa. ada aminoácido de la secuencia es importante para la estructura final alcanzada por la proteína. Sin embargo, algunos de los aminoácidos son más importantes que otros. La estructura proteica es tan delicada que cuando ocurre la modificación de tan solo un residuo se produce en ella un cambio de conformación, que es transmitido a toda su estructura por medio de las interacciones débiles. Este cambio podrá afinar o desajustar la estructura terciaria adecuada para llevar a cabo una determinada función. Se ha notado que en algunos experimentos dedicados a la transferencia de genes desde eucariotes a bacteria mediante el uso de plásmidos (vectores), a pesar de tener en el gen transferido la secuencia total de los aminoácidos de una determinada proteína. Esta no se pliega para dar una estructura funcional. 89