Aminoácidos y Proteínas. Bioquímica Kinesiología UNLaM 2016

Transcripción

1 Aminoácidos y Proteínas Bioquímica Kinesiología UNLaM 2016

2 Proteínas Constituyen las moléculas orgánicas más abundantes de las células (50% del peso seco). Son macromoléculas, formadas por aminoácidos (monómeros) unidos mediante uniones peptídicas. Fundamentales para estructura-función de sistemas biológicos. Formadas por unidades estructurales, los α- aminoácidos. Aproximadamente 20 aminoácidos conforman todas las proteínas. También existen otros aminoácidos no proteicos.

3 Defensa Proteínas- Funciones

4 Aminoácidos Son las unidades estructurales (monómeros) que conforman las proteínas. Todos a excepción de la Prolina, tienen similar estructura química.

5 Aminoácidos- estructura química Grupo ácido carboxílico Grupo amino α Darán la identidad a los 20 α-aminoácidos

6 Iminoácidos (Prolina)

7 Aminoácidos- propiedades Estereoisomería químicas Comportamiento anfotérico Propiedades ácido-base Punto isoeléctrico

8 Aminoácidos- Estereoisomería

9 Esteroisomería- Act. Óptica Los aminoácidos aislados de los organismos vivos son en su grandísima mayoría pertenecientes a la serie L. La hidrólisis de una proteína dará lugar a aminoácidos con actividad óptica Recordamos: (+) dextrógiro, (-) levógiro Existen algunos aminoácidos aislados de bacterias y microorganismos que pertenecen a la serie D (excepción que confirma la regla de más arriba= L).

10 Propiedades ácido-base de los aminoácidos: anfoterismo ácido neutro básico El comportamiento anfótero se refiere a que, en disolución acuosa, los aminoácidos son capaces de ionizarse, dependiendo del ph, como un ácido (cuando el ph es básico), como una base (cuando el ph es ácido) o como un ácido y una base a la vez (cuando el ph es neutro). En este último caso adoptan un estado dipolar iónico conocido como zwitterión.

11 Propiedades ácido-base de los aminoácidos: Punto Isoeléctrico Glicina El ph en el cual un aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra (zwitterion) se denomina Punto Isoeléctrico (pi).

12 Clasificación de los aminoácidos Esenciales Valina Leucina Isoleucina Fenilalanina Triptofano Metionina Treonina Lisina Histidina (infancia) No esenciales Alanina Tirosina Glutamina Glicina Ácido aspártico Ácido glutámico Serina Prolina Asparragina Cisteína Arginina

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15 Unión peptídica Unión amida Dipéptido Agua

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17 Enlace peptídico 1. En un enlace peptídico, los átomos del grupo carboxilo y del grupo amino se sitúan en un mismo plano, con distancias y ángulos fijos. Es importante observar que los seis átomos (Cα, C=O, NH y Cα) son co-planares 2. El amino libre de un extremo y el carboxilo libre del otro extremo de la cadena reciben el nombre de N-terminal y C-terminal respectivamente. Por convenio, los aminoácidos se numeran desde el N-terminal.

18 Enlace peptídico 3. 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. Se genera además un momento dipolar que estabiliza la molécula y deja los distintos R en posición Trans 4. Además es un enlace más corto que otros enlaces C-N. Esto le impide girar libremente, los únicos enlaces que pueden girar son los Cα-C y los Cα-N que no corresponden al enlace peptídico. 18

19 Estructura de las proteínas La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales ( o cuatro niveles de organización) denominados: 1. ESTRUCTURA PRIMARIA 2. ESTRUCTURA SECUNDARIA 3. ESTRUCTURA TERCIARIA 4. ESTRUCTURA CUATERNARIA Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio. 19

20 Niveles de organización de las proteínas

21 Estructura primaria Viene dada fundamentalmente por la secuencia (orden) de los aminoácidos que componen la proteína. Se caracteriza porque se estabiliza por uniones covalentes tipo amida. Debido al carácter bi-funcional de los aminoácidos, la cadena lineal (secuencia) una proteína (polímero de aminoácidos), tiene un sentido (extremos NH2 y COOH terminales). Por convención, se escribe la secuencia de izquierda a derecha desde el extremo NH2 al COOH.

22 Estructura secundaria Las interacciones entre los restos laterales de los aminoácidos dan origen a la estructura secundaria, cuya conformación toma forma en el espacio. Esta conformación se estabiliza por Puentes de hidrógeno, no covalentes intercatenarios. Ante la presencia del aminoácido cisteina también pueden estabilizarse por uniones covalentes Puente Disulfuro. La estructura secundaria puede ser: Conformación ɑ (Hélice) Conformación β (Hoja plegada ) Conformaciones menos frecuentes Existen sectores de los polipéptidos cuya estructura no está bien definida: los enroscamientos aleatorios o ad-random.

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24 Hélice de colágeno El colágeno posee una disposición en hélice especial, mas alargada que la α-hélice, debido a la abundancia de prolina e hidroxiprolina. Estos aa poseen una estructura que dificulta la formación de enlaces de hidrógeno, por lo que se forma una hélice más extendida, con sólo tres aminoácidos por vuelta.

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26 Estructura terciaria Está dada por el plegamiento de la cadena polipeptídica en el espacio, adquiriendo una forma tridimensional. Es en general muy diversa, pero se distinguen dos formas básicas: Globulares: Las proteínas globulares suelen ser solubles en agua y soluciones salinas (y son estabilizadas por hidratación y concentración de iones. Pertenecen a este grupo las enzimas, proteínas de membrana (receptores, anticuerpos), proteínas de transporte, etc. Poseen α-hélices internas y láminas β el exterior (hacia el solvente).ej.anticuerpo Fibrosas o filamentosas: En general estructurales (β-queratina, colágeno, elastina); poco solubles en agua. Ej Colágeno Anticuerpo α - hélice 3(α - hélice) colágeno

27 Estructura terciaria Este plegamiento está estabilizado por interacciones electrostáticas (no covalentes) de diverso tipo: Fuerzas de Van der Waals: de naturaleza débil, sólo se ponen de manifiesto entre grupos muy próximos. Uniones iónicas: entre los grupos COO - y NH 3+, así como entre éstos grupos e iones presentes en el medio (Na +,K +,Cl -,etc.). Puentes de hidrógeno: en mayor medida entre COO -, NH 3+, NH +,SH y NH 2, N, S de residuos (R) laterales. Interacciones hidrofóbicas: entre residuos no polares (leucina, isoleucina, valina, fenilalanina, triptófano, metionina, etc.).

28 Estructura terciaria Además, pueden estabilizarse mediante uniones covalentes, como el puente disulfuro (S-S), que se establece entre dos cisteínas:

29 Estabilización de estructura terciaria

30 Estructura cuaternaria Cuando dos o más cadenas polipeptídicas se unen entre sí para dar la estructura final de la proteína nativa, se dice que esta posee estructura cuaternaria. Esto genera complejos macromoleculares complejos de elevado peso molecular. En la estructura cuaternaria, cada cadena polipeptídica recibe el nombre de subunidad. Las fuerzas que estabilizan éstas proteínas son las mismas que las que hemos visto hasta ahora, por suerte

31 Estructura cuaternaria

32 Estructura cuaternaria - Hemoglobina

33 Importante La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos y de la forma que ésta adopte. El cambio de un solo aa de la secuencia de la proteína puede tener efectos muy importantes, como el cambio de un solo aa en la hemoglobina humana que provoca la anemia falciforme.

34 Clasificación de las proteínas Hemos visto que de acuerdo a su forma, las proteínas pueden ser globulares o fibrosas. De acuerdo a su composición, además pueden ser: Las compuestas únicamente por aminoácidos, denominadas proteínas simples, Las que se encuentran asociadas a otras moléculas (DNA, lípidos, azúcares, moléculas orgánicas, metales, etc.), denominadas proteínas conjugadas. En este caso la Holoproteína = Apoproteína + Grupo Prostético.

35 Clasificación de las proteínas SIMPLES Albuminas Solubles en agua Prolaminas Protaminas Glutelinas Escleroproteínas Vegetales. Ricas en Prolina Alto contenido de Arg Vegetales, forma el glúten Colágenos, queratinas. Predominan Gly, Pro e hidroxi- Pro. Insolubles en agua. CONJUGADAS Nucleoproteínas Histonas, unión a DNA (empaquetamiento) Lipoproteínas Glucoproteínas Cromoproteínas Proteoglicanos Fosfoproteínas Portan lípidos de variada índole (colesterol, fosofolípidos, etc.) Están modificadas por azúcares en Ser, Thr (Anticuerpos, receptores) El grupo prostñetico les confiere color (hemoproteínas) Matriz del Tejido Conjuntivo, modificadas con GAGs Grupos fosfato en Ser

36 Propiedades de las proteínas Solubilidad Desnaturalización y renaturalización Especificidad Capacidad amortiguadora De función De especie

37 Solubilidad La solubilidad de estas moléculas se debe a los radicales R que, al ionizarse, establecen puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. Así, la proteína queda recubierta de una capa de moléculas de agua que impide que se pueda unir a otras proteínas, lo que provocaría su precipitación. La solubilidad depende del ph, temperatura, concentración iónica... Capa de moléculas de agua

38 Desnaturalización y renaturalización Desnaturalización: Consiste en la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria) quedando la proteína reducida a un polímero con estructura primaria. Consecuencias inmediatas son: - Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación - Pérdida de todas sus funciones biológicas - Alteración de sus propiedades hidrodinámicas Renaturalización: En algunas situaciones, cuando se retira el agente que provocó la desnaturalización, se puede volver a la proteina Nativa.Este proceso se denomina Renaturalización

39 Conformación nativa- desnaturalizada

40 Especificidad La especificidad es doble: De especie: cada proteína es exclusiva de cada especie, incluso de individuo, siendo sólo funcional en esos organismos. De función: cada proteína realiza sólo una determinada función. La exactitud de su secuencia, asegura la función. El centro activo se relaciona con un solo sustrato

41 Capacidad amortiguadora Las proteínas, al estar constituidas por aminoácidos, tienen un comportamiento anfótero. Tienden a neutralizar las variaciones de ph del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y, por tanto, liberar o retirar protones (H+) del medio- La carga depende de los grupos polares de los radicales R de los aminoácidos. Según sea esa carga tienen la capacidad de ceder o aceptar protones, cumpliendo así función Buffer.