Proteínas. Cual es la gracia? KEVLAR. polímeros biológicos es su versatilidad para formar una gran variedad estructuras con funciones especializadas.

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María del Rosario Ortiz de Zárate Cortés
hace 7 años
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1 Estructura de Proteínas KEVLAR Dr. Mauricio Baez uchile cl Laboratorio de Bioquímica Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas Universidad de Chile Proteínas. Co-polímeros constituidos por 20 tipos de bloques de construcción (aminoácidos) Otros co-polímeros biológicos: i -ADN, cuatro tipos de bloques (G, A, C, T). Cual es la gracia? Lo que distingue a las proteínas de otros polímeros biológicos es su versatilidad para formar una gran variedad estructuras con funciones especializadas. -Polisacáridos, diferentes bloques de construcción (monosacáridos)

2 Proteínas son las macromoléculas más abundantes y versátiles de la célula Hexoquinasa glucosa + ATP glucosa-6-p + ADP -Catálisis: Enzimas -Transporte: Proteínas de membranas, canales -Movimiento: Motores -Etc Posicionar átomos con características químicas claves para crean un ambiente físico y químico adecuado para la unión y la catálisis de sustratos: sitio activo Proteínas de membrana Acuaporina Estructura Función aquaporin.mpg

3 PDB (protein data bank, estructuras) Descripción jerárquica de la estructura de proteínas Hasta el momento, la humanidad a determinado casi estructuras de proteínas, de las cuales no mas de 20 han sido aportadas por iniciativasi i de científicos chilenos (en colaboración con centros de investigación extranjeros). Programas de visualización de estructuras Aminoácidos: -Los 20 aminoácidos comparten una estructura común -19 de los 20 aminoácidos presentan actividad optica -Los aminoácidos son anfolitos: A ph fisiológico los aminoácidos están como zwitterions -Las diferentes propiedades químicas de los aminoácidos son debidas a las diferentes propiedades p de sus cadenas laterales (20 en total)

4 Estructura común de los aminoácidos Carbono alfa (C ) (quiral) Cual aminoácido id no posee actividad id d óptica?. El grupo R de cada aminoácido es diferente Actividad óptica: Proteínas L-aminoácidos Propiedades acido base. + pka= 9,6 -NH 3 -NH2 + H + -COOH pka = 2,34 -COO - + H + R=metilo Cual es la carga neta a ph 2?, a ph 7?, a ph 12? L-Alanina D-Alanina A H 7 i á id tá f d itt ió (d l l á " itt " "híb id " A ph 7 aminoácidos están en forma de zwitterión (del alemán "zwitter" "híbrido", "hermafrodita").

5 Ecuación de Henderson-Hasselbalch K a HA H + + A - General protein pk values Cual es la fracción de ácido y su base conjugada cuando el valor de ph es igual al pka del ácido. Approximate pk' Group In a Typical Protein -carboxyl y (free) 3 (C-terminal only) -carboxyl (Asp) 4 -carboxyl (Glu) 4 imidazole (His) 6 sulfhydryl l (Cys) 8 1 -amino (free) 8 (N-terminal only) -amino (Lys) 10 hydroxyl (Tyr) amino (Pro)(free) 9 (N-terminal only) guanido (Arg) 12 = 1 Concentraciones iguales ecies de espe Fracción CH 3 COOH CH 3 COO pka ph

6 -Cual es la carga neta a cuando el ph esta por sobre el pka del acido. 9 = 4.7 = ecies Fracción de espe CH 3 COOH CH 3 COO pka ph ph=9 Estructura primaria -El orden de residuos de aminoácidos de una cadena polipeptídica (secuencia). -Determinada por la información contenida en el ADN -Mantenida por enlaces covalentes (enlace peptídico) -Se rompe por hidrólisis (química ó enzimática) -Cuál es la carga neta del acido a un ph menor que el pka del acido. 1 = 4.7 ecies Fracción de espe CH 3 COOH CH 3 COO - Importancia de la secuencia (estructura primaria). -Determina la estructura tridimensional de una proteína = 1.99 x pka ph ph=1 Cual es código?

7 Formación de la estructura primaria Estructura ra secundaria (Enlace peptídico) Dos aminoácidos Dos residuos de aminoácidos id

8 Cuales son los grados de libertad espacial de la cadena principal? En la practica la cadena principal tiene dos grados de libertada que permiten cambiar su conformación espacial: rotación de los enlaces: C ---NH y C ----C=O Enlace peptídico phi( ) psi( ) En la mayor parte de las estructuras el enlace peptídico esta en la conformación trans Carácter resonante del enlace pepitico impiden que rote libremente. phi( ) psi( )

9 Definición de Angulo Diedro Ángulos diedros de la cadena principal p La conformación de la cadena principal puede ser definida por la rotación de dos enlaces del carbono (C ) de cada residuo. A su vez, la rotación de estos enlaces esta definida por dos ángulos diedros: phi( ) y psi( ). Definición de Angulo Diedro Los ángulos phi( ) y psi( ) no pueden rotar libremente 180 Recuerde: Los átomos se pueden tratar como esperas cuyo volumen no puede ser ocupado por otro átomo. El volumen de cada átomo esta definido por su radio de Van der Waals.

10 Grafico de Ramachandran (1963) Grafico de Ramachandran (1963) psi( ) Zonas Impedidas o no permitidas phi( ) Prolina Glicina -hélice

11 Causas de la formación de estructura secundaria Restricciones estéricas Optimización de la formación de puentes de hidrógeno Periodicidad de ángulos Phi y Psi en un segmento de cadena polipeptídica p p Estructura t secundaria se forma cuando....cada ángulo diedro (que no genera e impedimento estérico) de un segmento de la cadena polipeptídica permanece igual o casi igual a través del segmento.

12 Ángulos phi y psi para -hélice phi( )~ -60 y psi( ). ~ -50 Formación de puentes de hidrógeno Formación de puentes de hidrógeno en -hélice

13 O N H Ángulos phi y psi para hojas tipo phi( ) ~ -140 y psi( ). ~ +130, Estructura Las cadenas laterales, (verde) se encuentran alternadamente por encima y por debajo del plano de la cadena principal paralelas Antiparalelas

14 Hoja paralela Estructura secundaria -Cuando los ángulos phi y psi de la cadena a principal no ocasionan impedimentos estéricos -Cuando los carbono alfa contiguos en un segmento de cadena polipeptídica p p presentan ángulos phi y psi similares. Beta: phi( ) ~ -140 y psi( ). ~ +130, Alfa: phi( )~ -60 y psi( ). ~ -50 -Formación optimizada de puentes de hidrogeno entre los átomos NH y el C=O de la cadena principal. Hoja Antiparalela Loops y giros reversos o Turns - -helices y hebras están están conectadas por trozos de largos variables y de forma irregular (loops) Son importantes para que la cadena polipeptídica pueda doblarse y formar estructuras compactas. En general los loops están en la superficie de las proteínas y dado que los grupos de la cadena principal C=O y NH no forman puentes de hidrogeno entre ellos. Ángulos phi y psi están en regiones permitidas pero no son repetitivos

15 Giros reversos son un tipo de loop pequeños que involucran 3 ( -Turns) o 4 residuos ( -turns). En estos casos los átomos C=0 y NH forman un enlace de hidrogeno para cerrar el giro.

16 Estructura terciaria. Se refiere al arreglo tridimensional de todos los átomos de la cadena polipeptídica que se produce por el empacamiento tridimensional de los elementos de estructura secundaria de una cadena polipeptídica. Origen de la diversidad estructural de las proteínas Estructura de las proteínas estabilizada por interacciones débiles (excepto en el caso de formación puente disulfuro).

17 Tipos de cadenas laterales. Aminoácidos con cadenas laterales apolares Apolares Polares iónicos Regla: No pueden formar puentes de hidrogeno con el agua. Solo forman interacciones favorables cuando están muy cerca entre si (interacciones VW). Regla: Cadenas laterales l pueden formar puentes de hidrogeno entre ellas ó con el agua. Regla: Interacciones iónicas entre residuos con carga negativas y positivas ó con el agua Cadenas laterales alifáticas (7) Cadenas laterales aromáticas (3) Estructura terciaria Estructura tridimensional que pueden adoptar los átomos de una cadena polipeptídica. Rol de las cadenas apolares Efecto Hidrofóbico

18 Efecto hidrofóbico Formación de membranas y micelas Para disminuir la entropía del sistema, los compuestos apolares tienden asociarse entre si.. esto disminuye la superficie en contacto con el agua y por ende el numero de moléculas ordenadas en la esfera de hidratación. Como el agua no puede formar enlaces de hidrogeno con compuesto alifáticos o apolares Baja entropía Alta entropía.forma redes de puentes de hidrogeno ordenadas (esfera de hidratación ordenada) en torno a este tipo de compuestos. Esta situación es entrópicamente desfavorable debido a que las moléculas de agua están mas ordenadas que las moléculas de agua presentes en solución.

19 Residuos con cadenas laterales hidrofóbicas se ubican principalmente en el centro de las proteínas globulares. Porina: Proteína integral de membrana Centro hidrofóbico Paquete de cuatro hélices Cual seria la secuencia que Ud esperan para esta proteina.

20 Aminoácidos con cadenas laterales polares Aminoácidos con cadenas laterales ionizables Carga positiva a ph 7 Cisteína puede formar puentes disulfuros Carga negativa a ph 7 Estructura cuaternaria de la hemoglobina Subunidades = gris y celeste Subunidades = rojo y azul

21 Estructura cuaternaria de la hemoglobina Simetria i de hojas tipo beta Estructura cuaternaria de la enzima aspartato transcarbamilasa Filamentos La enzima está compuesta de 2 tipos de subunidades, las catalíticas y las regulatorias. La susbunidades catalíticas se muestran en color azul y púrpura; las regulatorias en rojo y amarillo.

22 FIN

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