Proteínas. Marijose Artolozaga Sustacha, MSc

Transcripción

1 Proteínas Marijose Artolozaga Sustacha, MSc

2 Proteínas: Son polímeros de aminoácidos unidos por ENLACES PEPTÍDICOS: Grupo α-carboxilo de aá 1 Grupo α-amino de aá 2 Se libera agua CO NH

3 Carbono α Extremo amino (N) Extremo carbonilo (C)

4 - Dipéptido: 2 aá unidos por enlace peptídico - Tripéptido: 3 aminoácidos - Oligopéptido: entre 4 y 100 aá - Polipéptido: entre 100 y aá - Proteína > aminoácidos Las cadenas polipeptídicas son flexibles y forman una espiral aleatoria que toma diferentes formas dependiendo de enlaces o fuerzas entre átomos y grupos

5 Fuerzas que estabilizan la estructura de las proteínas: 1. Enlaces covalentes enlace peptídico puente disulfuro (cistina) 2. Fuerzas no covalentes enlaces iónicos (electrostáticos) enlaces o puentes de hidrógeno interacciones hidrofóbicas fuerzas de van der Waals

6 1. Enlaces covalentes Tienen hasta 80 veces más fuerza de enlace que los enlaces no covalentes

7 Puente disulfuro Estabiliza la estructura tridimensional de las proteínas Es un enlace covalente

8 2. Fuerzas no covalentes Interacciones electrostáticas Fuerzas de repulsión cargas del mismo signo atracción cargas opuestas = enlaces iónicos o salinos

9 Los enlaces iónicos Son 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 +

10 Puentes de Hidrógeno H 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

11 Interacciones Hidrofóbicas Son 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

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13 Fuerzas de van der Waals-London Son 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

14 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

15 Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de la hemoglobina

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17 Tipos de proteínas según su forma Fibrosas Colágeno Queratina Fibroína - seda E1 - E2 Globulares (=Globulinas) Hemoglobina Mioglobina Inmunoglobulinas Muchas enzimas E1 - E2 - E3 - (E4)

18 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

19 La E1 de una proteína determina Su estructura Su mecanismo de acción Su función Su relación con otras proteínas de función fisiológica similar Ejemplos

20 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

21 Ej. E1 de la Hemoglobina en la Anemia falciforme La 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

22 Estructura secundaria: Es el plegamiento tridimensional local Se debe a los enlaces de H entre los NH y C=O de enlaces peptídicos distantes Las más estables son 2: Hélice α Hoja plegada β Las proteínas fibrosas sólo tienen E1 y E2 (especiales) Generalmente funciones estructurales

23 Hélice α Pte de H entre aá de la misma molécula (cada 3 aá) Ej. Proteínas fibrosas: Miosina, queratina, colágeno

24 Hélice α

25 Ej. Queratina del pelo, uñas, etc

26 ej. Colágeno de tendones y ligamentos Hélice α - tipo cable:

27 ej. Colágeno de tendones y ligamentos Contiene mucha cantidad de: Glicina Prolina o Hidroxiprolina Hidroxilisina Modificaciones: -Hidroxilaciones < vitamina C -Grupos carbonilo perpendiculares crean ptes de H muy fuertes entre cadenas

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29 Hoja plegada β Ptes de H entre aá de dos cadenas o regiones similares distantes Alineadas en dirección paralela o antiparalela Ej. Proteína fibrosa: Fibroína de la Seda

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32 Ej. Proteína fibrosa: Fibroína de la Seda

33 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

34 Las proteínas globulares combinan hélices α, hojas β y giros y bucles para formar su E3

35 Dominios Regiones compactas semiindependientes en que se pliegan frecuentemente las cadenas polipeptídicas largas Entre aá consecutivos Núcleo apolar interno y exterior polar Interconectados por segmentos de cadena sin estructura secundaria regular Pueden tener una tarea o función

36 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

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38 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

39 Hexoquinasa + Glucosa libre Hexoquinasa con Glucosa unida al centro activo

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42 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

43 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 O 2 de los pulmones a las células y el CO 2 de vuelta, con ayuda del grupo Hemo La mioglobina almacena el O 2 en los músculos con ayuda del grupo Hemo; se usa en ejercicio extenuante

44 Mioglobina Sólo E3 Cadena β de la Hemoglobina HbA 1 Parte de su E3 Las estructuras globales son muy parecidas, excepto en los extremos N y C terminales

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46 Estructura cuaternaria de la Hemoglobina: 4 subunidades: 2 α y 2 β 4 grupos Hemo

47 Interacciones entre subunidades, en proteínas con E4: Ej. Cooperatividad positiva de la Hemoglobina La fijación de un O 2 a la primera subunidad de desoxi-hemoglobina facilita a fijación de O 2 a las otras subunidades Y la disociación de un O 2 de la Hb totalmente oxigenada facilitará la disociación de O 2 de las otras subunidades

48 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

49 Conformación nativa Es 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

50 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

51 Métodos experimentales de desnaturalización de proteínas: Adición de: Base fuerte Ácido Disolvente orgánico Urea Detergentes Calentamiento (>60ºC) Congelación / descongelación

52 Métodos para el estudio de proteínas Para 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

53 Métodos para el estudio de proteínas La 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

54 Métodos para el estudio de proteínas Métodos 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

55 Métodos para el estudio de proteínas Electroforesis 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