TEMA 12: ARQUITECTURA DE PROTEINAS. Parte 2

Transcripción

1 TEMA 12: ARQUITECTURA DE PRTEINAS. Parte 2

2 Estructura Cuaternaria

3 Estructuras Cuaternarias -Homotípicas: asociación entre dos o mas cadenas polipeptídicas iguales o muy similares -Heterotípicas: interacción entre subunidades con estructuras muy distintas Tipos de interacciones entre subunidades -Isólogas: Interacciones idénticas colocadas simétricamente alrededor del elemento de simetría del sistema (eje binario) -Heterologas: interacciones no simétricas entre subunidades -Existen estructuras moleculares más complejas donde coexisten interacciones isólogas y heterólogas Naturaleza química de las interacciones -Puentes de hidrógeno -Hidrófobas -Puentes salinos -Fuerzas de van der Waals -Puentes disulfuro

4 Modelos de interacción proteína-proteína homotípica Modelo de objeto asimétrico

5 Dímero de prealbúmina -Estructura cuaternaria con asociación homotípica --Dos monómeros que presentan simetría binaria alrededor de un eje perpendicular al plano de la pantalla -Interacciones isólogas (interacciones idénticas colocadas simétricamente alrededor del eje) mediante puentes de hidrógeno entre las cadenas de las láminas β (de F a F y de H a H ) Esquema de un dímero de asociación homotípica sin simetría donde existen interacciones heterólogas (A-C y B-D)

6 Estructuras de las proteínas involucradas en el transporte y almacenamiento de oxígeno: Hemoglobina y mioglobina

7 Estructura de las cadenas de globina Mioglobina (estudiada en los años 50 por John Kendrew por difracción de RX Proteína globular monomérica pequeña con 153 restos aminoacídicos (PM ) Estructura secundaria predominante: α-hélice (más del 70% de la proteína) 8 segmentos helicoidales A-H (el mas largo de 23 aa y el mas corto de 7 aa), algunos de ellos unidos por giros β. Tres de sus cuatro Pro se encuentran en los codos de las hélices Los grupos R hidrofóbicos se ubican hacia el interior de esta molécula compacta que solo puede alojar 4 moléculas de agua. El grupo Hem esta situado en un bolsillo hidrofóbico entre las hélices E y F

8 Representaciones de la estructura terciaria de mioglobina (f) a) Representa las estructuras secundarias (ribbon representation) b) La imagen enfatiza la superficie molecular (mesh representation) c) Imagen de contorno de superficie (permite visualizar bolsillos donde otras moléculas pueden interaccionar) d) Representación ribbon que incluye lalos grupos R de los residuos hidrofóbicos e) Modelo de bolas (residuos hidrofóbicos en azul, grupo Hem en rojo) f) Modelo salchicha que muestra la estructura primaria

9 Efectos estéricos en la unión de los ligandos con el grupo Hem Unión entre 2 y C a a grupos Hem libres Cuando C se une al Hem de mioglobina la His distal (His E7, posición 64) lo furza a adoptar un ligero ángulo que debilita su unión a MHb El puente hidrógeno entre 2 e His E7 facilita la unión de 2

10 Hemoglobina Tetrámero de dos cadenas α (141 aa) y dos β (146)de gran similitud con mioglobina,con un grupo Hem por cadena PM , casi esférica con un diámetro de 5,5 nm El análisis por RX muestra que hay dos conformaciones para Hb: Un estado R (relaxed) de mayor afinidad por 2 y uno T (tense) que es la conformación más estable par deoxihemoglobina Cuando 2 se une al estado T cambia de conformación hacia el R

11 Hemoglobina Comparación de la secuencia aminoacídica y de estructura secundaria y terciaria de mioglobina y las cadenas a y b de globina de Hb (los residuos idénticos estan sombreados, los sombreados en rosa se conservan el las cadenas de globina de la mayoría de las especies.

12 Interacciones dominantes entre subunidades de globina (αclaras y β oscuras) Las interacciones dominantes ocurren entre subunidades diferentes y varían al unirse 2

13 Transición entre los estados T R en deoxihemoglobina Notar el estrechamiento del bolsillo entre las unidades al cambiar a la conformación de mayor afinidad por el 2

14 Cambios conformacionales en las cercanías del grupo Hem cuando Hb se oxigena La Hb además transporta C 2 y H + El 40% del C 2 se transporta hacia los pulmones como carbamino en los residuos amino terminales Los H + sobre restos aminoacídicos His 146 de la subunidades β. Forman par iónico con Asp 94, estabilizando a la estructura T, en la estructura R el valor de pka es el normal de 6.0 ya que no se puede estabilizar el ácido conjugado por formación del par iónico.

15 Curva sigmoidea (cooperativa) de unión de Hb con 2 que demuestra el cambio de afinidad de la estructura por el ligando al variar lap 2. bsérvense las curvas extremas (alta afinidad estado R y baja afinidad estado T). La curva correspondiente a la alta afinidad es la que presenta Mioglobina Efecto del ph sobre la afinidad de la Hb por el 2 ph de la sangre en pulmón 7,6 ph de la sangre en tejidos periféricos 7,2

16 La afinidad de Hb por 2 a la Hb es disminuída por 2,3-bifosfoglicerato El BPG no ingresa a en la forma xihb ya que la cavidad es más pequeña El BPG estabiliza la forma desoxihb Su concentración esta aumentada en individuos adaptados a la altura y fumadores

17 a) BPG estabiliza estado T de deoxihb b) Cargas negativas de BPG interactuando con cargas positivas (azul) del bolsillo central en el estado T de deoxihb c) El bolsillo desaparece en oxihb al adquirirse la conformación R

18 La afinidad de Hb por 2 a la Hb es disminuída por 2,3-bifosfoglicerato La Hbfetal (α 2 γ 2 ) tiene mayor afinidad por 2 que la materna (HbA (α 2 β 2 ) HBF tiene menor afinidad por BPG que HBA. La diferencia molecular es que en globinas γ la His 143 de la cadena β cambia por Ser En aves el rol del BPG lo cumple Inositol hexafosfato y en peces ATP

19 Anemia falciforme Enfermedad genética de carácter recesivo los individuos que la padecen tienen bajo número de eritrocitos y de forma anormal (crenocitos, o en forma de medialuna o de hoz) La causa es que la HbS o falciforme forma polímeros insolubles cuando esta desoxigenada que precipitan dentro de los hematies.

20 La HbS resulta de una mutación que cambia solo un aa de la estructura primaria de la cadena β. Se sustituye un residuo de Glu de la posición 6 por uno de Val. Se genera un bolsillo pegajoso (hidrofóbico) en los extremos de las cadenas β dónde en individuos normales había restos cargados a ph fisiológico. Las moléculas de HbS interaccionan entre si y polimerizan

21 Estructura, sitios activos y mecanismos catalíticos de enzimas hidrolíticas: quimotripsina, lisozima y ribonucleasa.

22 Mecanismo general de catálisis en una proteasa Aminoácidos frecuentemente presentes en sitios activos de enzimas hidrolíticas

23 Aspectos mecanísticos La hidrólisis de esteres y amidas enzimáticamente catalizada presenta un mecanismo similar a los mecanismos químicos en medio básico (Sustitución acil nucleófila) R 1 R 2 lenta R 1 H + R- rápida R RH H - H - de Ser (Esterasa de hígado de cerdo, subtilisina, lipasas microbianas, etc) Carboxilo de Asp (Pepsina) Tiol de Cis (Papaína)

24 Mecanismo de la serina hidrolasa Tríada catalítica: Asp, His, Ser (Disminuye pka de Ser, facilitando sus acción como nucleófilo) Asp His Ser - H N N: H R 1 R 2 Así el grupo acilo del sustrato se une covalentemente a la enzima formando el intermedio acil-enzima mediante la liberación del alcohol

25 Asp His Ser H N N H + HR 2 R 1 Nu: Un nucleófilo (NU:) puede atacar el intermedio regenerando la enzima y liberando el ácido correspondiente

26 quimotripsina H 3 N Gly Arg Ala Ser Phe Gly Asn Lys Trp Glu Val C Quimotripsina Estructura globular Quiomotripsina del páncreas bovino (PM ). Estructura primaria

27 quimotripsina Sitio activo de quimotripsina. Modelo de superficie de quimotripsina. En verde el bolsillo hidrofóbico que selecciona los restos aminoacídicos aromáticos neutros. En rojo los aminoácidos claves para la catálisis Ser 195, His 57 y Asp 102 En azul el grupo aromático del sustrato y el nitrógeno de la amida. En púrpura el oxígeno del carbonilo. En amarillo las zonas de carga que estabilizan al oxígeno En rojo Ser 195 e His 57

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29 Lisozima Agente antibacteriano natural que se encuentra en lágrimas y clara de huevo PM Su estructura se estabiliza por 4 puentes disulfuro Su sustrato el muropéptido de paredes celulares bacterianas Presenta selectividad frente a enlaces glicosídicos β(1 4) entre Mur2Ac (NAM) y GlcNAc (NAG)

30 Cambios conformacionales de Lisozima al unir el sustrato

31 Se pueden plantear dos propuestas mecanísticas para interpretar la reacción catalizada por Lisozima Una S N 1 dónde el residuo de Asp 52 solo actuaría estabilizando el catión intermedio de la reacción Una S N 2 que es más consistente con la retención de la configuración observada en el producto final

32 Mecanismo S N 2 de lisozima Glicosidasa con retención de la configuración Estrictamente es un mecanismo de doble inversión de la configuración Glu 1 Glu 1 H H H - H H H R - SN 2 Inversión RH H H H Ión oxonio unido al enzima Glu 2 Glu 2 Glu 1 H H Glu 1 H H H Nu SN 2 Inversión H H H - H Nu - H Glu 2 Glu 2

33 Ribonucleasa Ribonucleasa A o RNAasa A PM aa Presenta un gran sector en hojas plegadas β

34 Ribonucleasa Cataliza la degradación de RNA mediante un mecanismo en dos etapas: una transesterificación seguida de hidrólisis de un intermedio cíclico La RNAsa A cataliza la hidrólisis de nucleótidos de bases pirimídicas porque son los que se fijan en su sitio activo a través de un resto de Thr y de Ser

35 BIBLIGRAFÍA -RGANIC CHEMISTRY. 2da. Edition.G.Marc LUDN. Editorial Benjamin -RGANIC CHEMISTRY. J. Mc MURRY. 3ra Edición1994. Ed Interamericana -QUIMICA RGANICA. Francis Carey 3 Edicion1999. Ed. Mc GrawHill. -RGANIC CHEMISTRY J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, and P. Wothers, 2000.xford University Press. -BICHEMISTRY. Lubert STRYER 3 Edition Ed. Freemon -BIRGANIC CHEMISTRY Hermann Dugas. 3rd Edition SpringerVerlang -BIQUÍMICA. D.yJ. Voet Ed. mega -BIQUIMICA. Albert L. LEHNINGER. 2da. Ed. Ediciones mega -PRINCIPIS DE BIQUIMICA. Albert L. LEHNINGER. Ediciones mega -BIQUIMICA. Mathews, C and Van Holde, K E. Ed. McGraw-Hill Interamericana. Segunda edición QUIMICA RGANICA. ESTRUCTURA Y FUNCIN. Vollhardt, P and Schore, N. Ed. mega. 3ra Edición, 2000.