PROTEÍNAS ESTRUCTURAS PRIMARIA, CUATERNARIA

Transcripción

1 PROTEÍNAS ESTRUCTURAS PRIMARIA, SECUNDARIA, TERCIARIA Y CUATERNARIA

2 PROTEÍNAS.- FUNCIONES BIOLÓGICAS a) Enzimas.- Actividad catalítica b) Hormonas c) Anticuerpos d) Receptores en membranas Reconocimiento específico de ligandos, sin transformarlo e) Unión de alguna especie para transporte f) Acarreadores en membranas:- reconocimiento, transporte y a menudo, actividad catalítica g) Estructurales.- Andamios moleculares

3 NIVELES DE ESTRUCTURACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

4 ESTRUCTURA PRIMARIA 1. Ordenamiento lineal de aminoácidos, en cadenas no ramificadas 2. Posición específica de cada aminoácido en la cadena secuencia específica 3. Unión covalente aminoácido aminoácido (enlace peptídico) 4. La cadena de aminoácidos tiene dos extremos: uno amino, otro carboxilo Formación de uniones peptídicas entre 4 aminoácidos: R 1 R 2 R 3 R 4 NH 2 CH COOH NH 2 CH COOH NH 2 CH COOH NH 2 CH COOH 4 Aminoácidos unidos por enlaces peptídicos R 1 O O R 2 R 3 O R 4 NH 2 CH C NH CH C NH CH C NH CH C COOH α α α α Extremo amino Extremo carboxilo Enlaces peptídicos

5 Cadenas de aminoácidos unidos por uniones peptídicas aminoácidos PÉPTIDOS U OLIGOPÉPTIDOS 40 40,000 aminoácidos CADENAS POLIPEPTÍDICAS O POLIPÉPTIDOS

6 FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

7 LA CADENA POLIPEPTÍDICA TIENE POLARIDAD RESIDUO

8 COMPONENTES DE UNA CADENA POLIPEPTÍDICA CADENA PRINCIPAL O ESQUELETO (REPETIDA) CADENAS LATERALES (VARIABLE)

9 LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS DE UNA PROTEÍNA ES ESPECÍFICA (ÚNICA) DETERMINADA POR LOS GENES Segunda mitad del código genético DNA trascripción traducción plegamiento Secuencia Estructura RNA Transcr. inversa proteína tridimensional replicación replicación traducción

10 CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO 1) ES PLANAR

11 EL ENLACE PEPTÍDICO ES PLANO.- DETERMINADO POR LA ESTRUCTURA RESONANTE DEL MISMO ENLACE Incapacidad de rotación= CONFORMACIÓN RESTRINGIDA

12 LONGITUDES DEL ENLACE PEPTÍDICO C-N C=N O 1.49 A O 1.27 A

13 EL ENLACE PEPTÍDICO PLANO TIENE DOS CONFIGURACIONES

14 EL CASO DE LA PROLINA

15 ESTEREOQUÍMICA DEL ENLACE PEPTÍDICO Y LOS GRUPOS ADYACENTES Papel del volumen de los grupos R en la libre rotación de los sustituyentes del C alfa Sin embargo, los grupos R no participan en la formación del enlace peptídico y por lo tanto tampoco en la formación de la estructura terciaria Los enlaces sencillos entre el Ca y el carbonilo y el Ca y el amino se llaman psi ( ) y fi ( ), respectivamente

16 EL DIAGRAMA DE RAMACHANDRAN PREDICE LAS COMBINACIONES TANTO POSIBLES Y PROHIBIDAS DE Y

17 NIVELES DE ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS Estructura primaria Estructura secundaria Estructura terciaria Estructura cuaternaria Residuos aminoácidos Hélice a Cadena polipeptídica Subunidades unidas ESTRUCTURA PRIMARIA.- Se refiere a la secuencia de aminoácidos en una proteína. DESCRIBE LOS ENLACES COVALENTES (ENLACE PEPTÍDICO Y PUENTES DISULFURO) QUE UNEN LOS RESIDUOS AMINOÁCIDOS DE UNA CADENA POLIPEPTÍDICA

18 ESTEREOQUÍMICA DEL ENLACE PEPTÍDICO -180º y 180 o CAPACIDAD DE FORMACIÓN DE PUENTES DE HIDRÓGENO ENLACE PEPTÍDICO LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS RESULTA IMPORTANTE EN LA ESTRUCTURA PRIMARIA

19 ESTRUCTURA SECUNDARIA.- Se refiere a la disposición estable de los aminoácidos que dan lugar a patrones estructurales repetitivos

20 EL ÁNGULO ENTRE EL AMINO AMÍDICO Y EL CARBONO CARBONÍLICO PUEDEN DETERMINAR DOS ORDENAMIENTOS EN LA CADENA POLIPEPTÍDICA Ca N N C O

21 TIPOS BÁSICOS DE ORDENAMIENTO DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA

22 IMPLICACIONES DEL PRIMER ORDENAMIENTO O 120 O O ESTRUCTURA HELICOIDAL

23 120º Y -120º ESTRUCTURA LAMINAR

24 ESTRUCTURA SECUNDARIA 1) Arreglo periódico. 2) Especialmente la cadena no está estirada. 3) Promovida y estabilizada por puentes de H. α hélice β plegada Giros, asas * Cadena helicoidal * 3.6 aminoácidos por vuelta (5.4A) * Los grupos R se encuentran hacia fuera de la hélice α hélice * Formación de puentes de hidrógeno con periodicidad regular pues intervienen: H del NH O del C O * Enrolladas hacia la derecha

25 Esqueleto covalente de la cadena polipeptídica adquiriendo una torsión helicoidal a-hélice -45º A -50º -60º 3.6 RESIDUOS 5.4 A o

26 α HÉLICE DEXTRÓGIRA O DE ENROLLAMIENTO A LA DERECHA

27 EN LA a-hélice, LOS GRUPOS R SE ENCUENTRAN HACIA FUERA DE LA HÉLICE, AQUÍ SE MUESTRA LA CADENA DESDE ARRIBA

28 HÉLICE a

29 HÉLICE a

30 Hoja b-plegada Es una forma de estructura secundaria Tiene una disposición planar en el espacio Está estabilizada por puentes de hidrógeno (carbonilo e imino de la cadena polipeptídica) Las cadenas pueden correr en forma paralela o antiparalela Los grupos R se encuentran hacia arriba y hacia abajo del plano

31 b-plegada Los grupos R se encuentran hacia arriba o hacia abajo del plano Las b-plegadas se pueden generar por varias cadenas polipeptídicas o por secciones diferentes de la misma cadena polipeptídica

32 HOJA b ANTIPARALELA RESIDUO AMINO RESIDUO CARBOXILO CARBOXILO AMINO AMINO CARBOXILO VISTA LATERAL GRUPOS R PEQUEÑOS (GLICINA Y ALANINA)

33 HOJA b PARALELA VISTA LATERAL

34 Puentes de Hidrógeno en hojas β plegadas antiparalelas y paralelas

35 APARIENCIA DE UNA HOJA β-plegada ANTIPARALELA

36 HOJA b

37 VUELTAS O GIROS Y ASAS. -Estructuras secundarias en forma de U. -Estabilizadas por puentes de H en sus extremos. -Formadas por tres o cuatro residuos - Se localizan en las superficie de las proteínas generalmente. -Forman un doblamiento acentuado de la cadena polipeptídica que la reorienta hacia el interior. -Prolina favorece las vueltas o giros así como glicina, por tener un pequeño R. -Sin estas vueltas, las proteínas serían largas cadenas de aminoácidos extendidas (aunque con α-hélices o β-plegadas), y no serían estructuras compactas. -Las ASAS (loops) son más extensas y tienen diferentes formas.

38 GIROS b

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40 Cada aminoácido tiene preferencia por formar uno de los tres tipos de estructura secundaria

41 Las proteínas membranales tienen regiones hidrofóbicas (en la parte apolar de la membrana) y regiones hidrofílicas (en la región citosólica o extracelular si se trata de la membrana plasmática MEMBRANA Región hidrofílica Región hidrofóbica Región hidrofílica 2004 New Science Press Ltd new-science-press.com

42 Las proteínas membranales también tienen estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria 2004 New Science Press Ltd new-science-press.com

43 MOTIVOS, ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS Y DOMINIOS. UN MOTIVO SERÁ UNA ESTRUCTURA SECUNDARIA α hélice β plegada giro UNA ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIA Será un agregado de por lo menos dos motivos y puede tener combinaciones de α-hélices, β-plegadas y giros. Por ejemplo a-hélice, giro, α-hélice b- plegada, giro, α- hélice, etc. (intermediarios entre las estructura secundaria y terciaria) UN DOMINIO SERÁ UN AGREGADO COMPACTO DE VARIAS SUPERESTRUCTURAS UNIDAS A OTRO POR UN SEGMENTO FLEXIBLE.

44 EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS SUPER - SECUNDARIAS VUELTA O GIRO O DOBLAMIENTO β UNIDAD β α β HÉLICE VUELTA-HÉLICE

45 ESTRUCTURA TERCIARIA 1) Estructura tridimensional de la proteína. 2) Presenta actividad biológica (estructura nativa). 3) Está dada por la manifestación de las interacciones de los grupos R de los aminoácidos: a) Interacciones hidrofóbicas. b) Interacciones electrostáticas. ENLACES NO-COVALENTES c) Puentes de hidrógeno. d) Puentes disulfuro. 4) Es una consecuencia de la estructura primaria y es por tanto, específica. 5) Es estable. 6) Los grupos polares tienden a estar en la superficie 7) Los grupos hidrofóbicos tienden a mantenerse internamente

46 Fuerzas que generan y estabilizan la estructura terciaria de las cadenas polipeptídicas ELECTROSTÁTICAS IÓNICAS/SALINAS PUENTES DE HIDRÓGENO HIDROFÓBICAS HIDROFÓBICAS PUENTES DE HIDRÓGENO ELECTROSTÁTICAS IÓNICAS/SALINAS PUENTES DISULFURO

47 Puentes de Hidrógeno Coordinación con iones metálicos 70 M 2+ + NH 3 R MET R ILE O H O - R FEN R VAL R LEN 97 CH 2 COO - COO - O C 85 CH 2 CH 2 CH 2 S S H 3 N + CH 2 H 2 C CH2 H 2 C 45 Interacciones hidrofóbicas CH 2 Puente disulfuro Interacciones electrostáticas

48 ESTRUCTURA TERCIARIA DEL CITOCROMO c

49 EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS MIOGLOBINA QUIMOTRIPSINA CADENA β DE HEMOGLOBINA

50 EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS (a) CADENAS BETA DE LA HEMOGLOBINA. (b) PROTEINA DEL VIRUS DEL MOSAICO DEL FRIJOL

51 EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS (c) ISOMERASA DE TRIOSAS FOSFATO (d) CARBOXIPEPTIDASA

52 EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS (e) CITOCROMO c (f) INSULINA

53 IDENTIFICACIÓN DE MOTIVOS, ESTRUCTURA SECUNDARIA Y DOMINIOS EN UNA ESTRUCTURA TERCIARIA MOTIVO DOMINIO GIRO ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIA

54 Pérdida de la estructura terciaria de una proteína. Desnaturali_ zación. Proteína en estado nativo Actividad biológica Conformación termodinámicamente más estable. Proteína en estado desnaturalizado Sin actividad Pérdida de la estructura terciaria, y en las que la tienen, de la cuaternaria AGENTES DESNATURALIZANTES: ph extremos, temperaturas extremas, altas Fuerzas iónicas, detergentes Agentes reductores de puentes disulfuro

55 AGENTES DESNATURALIZANTES: ph (rompe puentes de H y salinos) TEMPERATURA (perturba puentes de H y salinos) SOLVENTES (perturba interacciones hidrofóbicas) ALTAS FUERZAS IÓNICAS (perturba puentes salinos, y de H) DETERGENTES (perturba interacciones hidrofóbicas) AGENTES REDUCTORES DE GRUPOS S-S (reducen puentes disulfuro) b-mercaptoetanol ditiotreitol Todos ellos perturban las estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas, pero nunca alteran la estructura primaria, ya que estos agentes sólo rompen interacciones no covalentes (excepto los agentes reductores de S-S)

56 Pérdida de la estructura terciaria de una proteína. Desnaturali_ zación. El caso de la Ribonucleasa (proteína que degrada al RNA) Urea + β-msh 65 Puentes disulfuro Estado nativo Actividad biológica Agentes reductores de S S 2 SH Conformación termodinámicamente más estable Estado desnaturalizado 84 Sin actividad Pérdida de la estructura terciaria, y en ciertos casos, de la cuaternaria Puentes disulfuro reducidos -Urea - βmsh Estado Re-naturalizado

57 ESTRUCTURA CUATERNARIA * Es la estructura que se forma cuando dos o más polipéptidos se unen entre sí para formar una proteína con una función biológica. * Los polipéptidos que forman una proteína se llaman subunidades u oligómeros. Éstos pueden ser idénticos o diferentes. * Las interacciones que unen a los oligómeros pueden ser hidrofóbicas o puentes de Hidrógeno o iónicas o enlaces S S. * Si los monómeros que forman un dímero son iguales forman un homodímero, por ejemplo y si son diferentes forman un heterodímero * Puede haber proteínas diméricas, triméricas, tetraméricas, etc., que están formadas por dímeros, trímeros, tetrámeros, etc. * Las proteínas con estructura cuaternaria pueden ser: GLOBULARES O FIBROSAS (aunque también las proteínas con sólo estructura terciaria pueden ser globulares).

58 EJEMPLOS DE PROTEÍNAS CON ESTRUCTURA CUATERNARIA

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61 E S T R U C T U R A 4 SUBUNIDADES, ES UN TETRÁMERO FORMADO POR DOS HOMODÍMEROS DIFERENTES ENTRE SÍ D E D E O X Y H b

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