Estructura tridimensional de las proteínas

Transcripción

1 Estructura tridimensional de las proteínas CAPITULO 4 Biochemistry 6th Edition Campbell and Farrell NATURALEZA DE LAS PROTEINAS Proteínas Son polímeros de amino ácidos unidos por un enlace peptídico. El enlace peptídico ocurre entre el grupo carboxílico alfa de un amino ácido y el grupo amino alfa de un segundo amino ácido. NATURALEZA DE LAS PROTEINAS Proteínas Algunas consisten de una sóla cadena polipeptídica. Otras tienen dos o más cadenas asociadas. Si dos cadenas son iguales la proteína es oligomérica; cada unidad idéntica es un protomero. 1

2 Funciones de las proteínas Clasificación de las Proteínas Agentes catalíticos Proteínas reguladoras Proteínas de protección Proteínas de almacenamiento Proteínas de transporte Proteínas estructurales Proteínas contráctiles Proteínas con función genética Proteínas que son toxinas Composición química LAS PROTEINAS SE CLASIFICAN COMO SIMPLES O CONJUGADAS. LAS PROTEINAS CONJUGADAS TIENEN UNA PORCION NO-PROTEICA LLAMADA GRUPO PROSTETICO. LIPIDOS AZUCARES METALES DERIVADOS DE VITAMINAS Número de cadenas Monoméricas Oligoméricas Subunidades 4.1 Estructura de las proteínas y su función Conformación nativa: arreglo tridimensional con actividad biológica. Niveles de estructura PRIMARIA: cadena lineal de amino ácidos. SECUNDARIA: arreglo estable que da lugar a un patrón recurrente. TERCIARIA: arreglo tridimensional. CUATERNARIA: dos o más cadenas. 2

3 4.2 Estructura primaria de las proteínas La estructura primaria: Determina la secuencia de amino ácidos y la composición. Posee actividad biológica. Determina la estructura tridimensional y las propiedades. Necesaria para la función correcta. 4.3 Estructura secundaria de las proteínas Se refiere al arreglo de puentes de hidrógeno en la cadena polipeptídica. Las estructuras secundarias principales son el α- hélice y la lamina plegada β. regiones de la estructura secundaria se combinan para formar estructuras supersecundarias, motifs y dominios. -Hélice Cadena se enrolla alrededor de un eje imaginario. Rota hacia la derecha. Cadena laterales hacia afuera. Se caracteriza por puentes de hidrógeno internos. Cada vuelta del -hélice se mantiene a vueltas adyacentes por 3 ó 4 puentes de hidrógeno. 3

4 -Hélice Afectan la estabilidad del -hélice repulsión electrostática por la presencia de cargas iguales. tamaño grupos R produciendo repulsión estérica. presencia de Pro el amino ácido cíclico (rigidez y tamaño): produce un doblamiento debido a la estructura cíclica y a que el grupo amino no puede formar puente de hidrogeno. Lámina plegada Esqueleto de la cadena se extiende en forma de zig-zag. Forma capas; los puentes de hidrógeno se forman entre cadenas adyacentes. Las cadenas pueden ser paralelas o antiparalelas. Gly y Ala son amino ácidos que abundan en este tipo de estructura. 4

5 Irregularidades en estructuras: Dobleces ( -turns o reverse turns) En proteínas compactas existen vueltas o lazos de viraje. La cadena cambia de dirección. Estos conectan dos segmentos adyacentes antiparalelos de lámina plegada beta. Están presentes glicina y prolina. Estructuras supersecundarias y dominios Módulos o Motifs Son componentes estructurales presentes en algunas proteínas en adición al -hélice y la lámina plegada. Muestran la línea divisoria entre la estructura secundaria y la estructura terciaria. Se combinan de diferentes formas para producir motifs estructurales. Parecen ser una combinación de arreglos: α-hélice y lamina plegada β. 5

6 Dominios Son arreglos tridimensionales en una proteínas que pueden ser reconocidos como parte se la estructura terciaria. Es una región independiente y relativamente globular (compacta). Pueden ser removidos de la proteína. La triple hélice COLAGENO Es la proteína más abundante (huesos y tejido conectivo). Provee fortaleza en tendones, cartílagos, matriz del hueso y cornea del ojo. No se estira. Triple hélice: gira a la izquierda, tiene tres AA por vuelta, son tres cadenas enrolladas. 35% Gly, 11% Ala y 30% Pro e HyPro. Tropocolágeno, fibras de colágeno y entrecruzamiento (HyLys). Falta de hidroxiprolina produce colágeno menos estable. Escorbuto 6

7 Tipos de conformaciones: fibrosa y globular GLOBULARES ESFERICAS O GLOBULARES VARIOS TIPOS DE ESTRUCTURA SECUNDARIA ENZIMAS Y PROTEINAS DE REGULACION SOLUBLES EN AGUA FIBROSAS BANDAS O LAMINAS UN TIPO DE ESTRUCTURA SECUNDARIA SOPORTE, FORMA Y PROTECCION EXTERNA INSOLUBLES EN AGUA 4.4 Estructura terciaria de las proteínas Se refiere al arreglo tridimensional de todos los átomos en la molécula. La cadena se dobla en forma irregular. Fuerzas que estabilizan la estructura: puentes de hidrógeno interacciones hidrofóbicas interacciones electrostáticas puentes de azufre 7

8 Determinación de la estructura terciaria Cristalografía de rayos X Difracción Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR spectroscopy). MIOGLOBINA Proteína sencilla (153AA), se encuentra en tejido muscular. Almacena oxígeno cuando las demandas son elevadas y facilita su distribución. Posee ocho segmentos -hélice (A hasta H). Oxígeno se enlaza reversiblemente. Tiene un grupo heme: estructura anillo de protoporfirina con un átomo de hierro enlazado en su estado ferroso tiene seis enlaces coordinados (cuatro con N, N del grupo imidazol en His F8 y O 2 ) puede enlazar CO y NO 8

9 Propiedades de las proteínas Denaturalización Pérdida de la estructura nativa. Ocurre rompimiento puentes de azufre y de las interacciones no covalentes. El proceso es reversible (renaturalización) o irreversible. Factores: Temperatura: puentes de hidrogeno ph: interacciones electrostáticas Urea e hidrocloruro de guanidino: rompen puentes de hidrogeno Detergentes (SDS): interacciones hidrofobicas Agentes reductores (β-mercaptoetanol): puentes de azufre 9

10 4.5 Estructura cuaternaria de las proteínas Es el arreglo tridimensional de las proteínas que poseen más de una cadena polipeptídica. Son oligoméricas. Cada cadena se conoce como una subunidad. Tienen efectos alostéricos: cambio en una subunidad afecta a otra subunidad. Fuerzas que estabilizan la estructura: puentes de hidrógeno interacciones hidrofóbicas interacciones electrostáticas puentes de azufre HEMOGLOBINA Tetrámero con cuatro grupos heme. Posee dos cadenas alfa (141AA) y dos cadenas beta (146AA). Transporta oxígeno. Estructura cuaternaria. Dos conformaciones: estado R (enlaza O 2 ) y estado T (deoxi). CURVAS DE SATURACION Existen dos tipos de curvas: Mioglobina muestra una hipérbola; enlaza y libera oxígeno en el citoplasma de las células en respuesta a cambios en la concentración de oxígeno. Hemoglobina muestra una curva sigmoidal; enlaza oxígeno en los pulmones y lo libera en los tejidos. 10

11 Hb transporta H+ y CO 2 Son productos de respiración que van del tejido al pulmón y al riñón. CO 2 + H 2 O <------> H + + HCO 3 - El enlace de O 2 por Hb es afectado por la concentración de CO 2 y por el ph. Efecto de Bohr: es el efecto que produce el H + afectando la afinidad de la hemoglobina por el oxigeno. Enlace de H + y CO 2 a Hb promueve liberación de oxígeno en el tejido. Enlace de O 2 en el pulmón promueve liberación de H + y CO 2. Disminución en el ph reduce la afinidad de oxigeno por hemoglobina y vice-versa. 11

12 Tabla 4.1 Enlace de O 2 a Hb es regulado por 2,3-BPG BPG reduce la afinidad de Hb por oxígeno. Ayuda en la adaptación a bajos niveles de oxígeno. Importante en: altitudes hipoxia desarrollo fetal El BPG disminuye la afinidad de hemoglobina por oxígeno. La Hb fetal se enlaza con menos fuerza a BPG, lo que le permite tener mayor afinidad por el oxígeno. 12

13 4.6 Predecir el doblamiento de las proteínas Información tecnológica. Bioinformática Computadoras Información en internet Doblamiento de las proteínas Este proceso es necesario para el funcionamiento correcto de las proteínas. Interacciones hidrofóbicas participan en este proceso. En este proceso participan chaperonas. 13