CLASE : PROTEINAS Fuerzas que influyen en estructura Proteica Papel de secuencia de aminoácidos en estructura de la proteína Estructura Secundaria de las Proteínas Plegamiento (Folding) de proteínas y Estructura Terciaria Interacciones entre Subunidades y estructura Cuaternaria
R 1 H 3 N + CH CO - O H 2 O + H R 2 H N CH COOH H R 1 H R 2 H 3 N CH C N CH COO - O dipéptido
Ø = phi N-C ψ = psi Cα-C Cualquier valor entre -180 y = 180, PERO
Consecuencias del Plano Amida Dos grados de libertad por residuo para la cadena peptídica Angulo alrededor de enlace Cα-N es llamado phi: Ø Angulo alrededor de enlace Cα-C es llamado psi: ψ Algunos valores de phi and psi son más probables que otros.
phi psi
Impedimentos Estéricos de phi & psi Algunas combinaciones de phi y psi no se dan phi = 0, psi = 180 es desfavorable phi = 180, psi = 0 es desfavorable phi = 0, psi = 0 es desfavorable
Gráficas de Ramachandran
La Secuencia de Aminoácidos en una Proteína: es una característica única de cada proteína es codificada por la secuencia de nucleótidos del DNA es una forma de información genética es leída del extremo amino hacia el extremo carboxilo
Secuencia de aminoácidos de citocromo c humano Aminoácidos invariables Sustituciones conservativas
Arquitectura de Proteínas Forma - globulares o fibrosa Niveles de Estructura Proteica - Primaria - secuencia - Secundaria - estructuras locales -puentes H - Terciaria - Forma 3-dimensional - Cuaternaria - Organización de subunidades
Primaria: Secuencia de aminoácidos en un péptido/proteína Secundaria: Arreglos estables de aa. que dan lugar a patrones estructurales Terciaria: Enrollamiento/plegamiento (folding) 3D Cuaternaria: Cuando está formada x más de una cadena
Qué fuerzas determinan la estructura? Estructura Primaria - determinada por enlaces covalentes Estructuras Secundaria, Terciaria, Cuaternaria - Todas determinadas por fuerzas débiles Fuerzas débiles - Puentes de H, interacciones iónicas, interacciones de van der Waals, interacciones hidrofóbicas (puentes S-S)
Toda la información necesaria para el enrollamiento de la cadena peptídica en su estructura "nativa está contenida en la estructura primaria de amino ácidos en el péptido.
Alfa Helix Propuesta por Linus Pauling y Robert Corey en 1951 Identificada en queratina por Max Perutz Component ubicuo de proteínas Estabilizado por puentes de H
Ideal phi = -60, psi = -45
Residuos por vuelta: 3.6 Elevación por residuo: 1.5 Å Elevación por vuelta (pitch): 3.6 x 1.5A = 5.4 Å
Hoja Plegada Beta Compuesta de hebras (strands) beta Primero postulada por Pauling y Corey, 1951 Hebras pueden ser paralelas o antiparalelas Elevación por residuo: 3.47 Å para antiparalelas 3.25 Å para paralelas (1.4 Å en hélice alfa, pero 5.4 por vuelta)
Elevación por residuo: 3.47 Å para antiparalelas 3.25 Å para paralelas (1.4 Å en hélice alfa, pero 5.4 por vuelta)
La Vuelta Beta Permite a la cadena peptídica cambiar de dirección Unión es por puente de H: 3 residuos abajo Prolina y Glicina prevalecen en vueltas beta
Proteína globular: mezcla de alfas y betas unidas por segmentos conectores Estructura Supersecundaria Motivos, folds (plegamientos) Arreglos estables de varias 2rias y sus conexiones
Estructura Terciaria Algunos principios importantes : Las estructuras secundarias se formarán cada vez que sea posible (debido a formación de puentes de H) Proteínas se pliegan para formar las estructuras más estables (hacen puentes de H y minimizan contacto con solvente)
Estructura Terciaria Aminoácidos más alejados ineractuando entre sí Arreglo espacial de estos residuos FUERZAS QUE PARTICIPAN: Interacciones hidrofóbicas Interacciones iónicas Puentes disulfuro
Porcentaje de α-hélice y estructura β en algunas proteínas Proteína Residuos % α-hélix % hoja β Mioglobina 153 78 0 Citocromo c 104 39 0 Lisozima 129 40 12 Ribonucleasa 124 26 35 Quimiotripsina 247 14 45 Carboxipeptidasa 307 38 17
Proteínas Globulares Algunos principios para el diseño Residuos más polares hacia fuera de la proteína e interctuan con el solvente Residuos más hidrofóbicos hacia el interior de la proteína e interactuan entre sí Empacamiento de residuos es próximo Pero sí existen espacios vacíos Espacio vacío es en la forma de pequeñas cavidades
MIOGLOBINA 78 / 0
39 / 0 40 / 12
26 / 35
Proteinas Globulares Más principios de diseño "Random coil" no es random Estructuras de proteínas globulares no son estáticas Diferentes elementos y dominios de la proteína se mueven diferentes grados Algunos segmentos de la proteína son muy flexibles y desordenados
Plegamiento Proteína explora al azar todas las conformaciones posibles? Cyrus Levinthal: cálculo de este evento si φ y ψ de la proteína con n residuos tuviera sólo 3 conformaciones estables: 3 2n 10 n conformaciones (muy poco); 10 13 conformaciones por segundo Si t = 10 n / 10 13 s -1, para 100 residuos: t = 10 87 s(3 x 10 79 años) Mucho tiempo! Paradoja de Levinthal
Plegamiento de una proteína Plegamiento de 36 aa de vilina (intestino) simulado en computadora. Plegamiento toma un tiempo teórico de 1 mseg. Sin embargo, tomó 500 millones de pasos de integración en 2 supercomputadoras corriendo 2 meses
Chaperonas Moleculares Por qué se necesitan chaperonas si la información para el plegamiento está presente en la secuencia? Para proteger a las proteínas nascientes de la concentrada matriz proteica de la célula y tal vez para acelerar los pasos lentos Proteínas chaperonas fueron primero identificadas como "heat-shock proteins" (hsp60 & hsp70) o proteínas de golpe calórico
El embudo de plegamiento de Ken Dill s. Estructuras no plegadas están cerca de la parte superior. Conforme la proteína se pliega, cae dentro de las paredes del embudo de energía hacia conformaciones más estables. La proteína nativa plegada se encuentra al fondo. Nature Structural Biol. 4, 10-19 (1997).
Enfermedades Relacionadas al Plegamiento de Proteínas Enfermedad Proteína Afectada Mecanismo Enf. de Alzheimer Péptido β-amiloide (derivado de Péptido β mal plegado se acumula de prot precursora de amiloide en tejido neural formando depósitos: placas neuríticas Polineuropatía Transtiretina Agregación de prot. mal plegadas. Amiloidótica Familiar Nervios, otros órganos son dañados por depósitos de proteína insoluble Cancer p53 p53 previene que células con DNA dañado se dividan. Tipo de mutación de p53 lleva a mal plegamiento; prot mal plegada es inestable y destruída Enfermedad de Prion Proteína prion con conformación al- Creutzfeldt-Jacob terada (Prp Sc ) puede sembrar con- (equivalente a BSE) formaciones alteradas en proteína normal (Prp c ) Enfisema hereditario α1-antitripsina Forma mutada de proteína se pliega lentamente permitiendo que su blanco, elastasa, sea destruído en tejido pulmonar Fibrosis quística CFTR (regulador de conductancia Intermediarios del plegamiento de transmembrana de la Fibrosis Quística CFTR mutante no se disocian de chaperonas previniendo que llegue a su destino en la membrana
Estructura Cuaternaria Cuáles son las fuerzas que conducen la asociación cuaternaria? K d típica para 2 subunidades: 10-8 a 10-16 M Estos valores corresponden a energías de activación de 50-100 kj/mol a 37 C Las pérdidas de entropía por la asociación son desfavorables Se gana entropía cuando se ocultan grupos hidrofóbicos- muy favorable
Alfa
Cuáles son las ventajas estructurales y funcionales que conducen la asociación cuaternaria? Estabilidad: reducción de la tasa superficie a volumen Economía y eficiencia genética Aproxima sitios catalíticos Cooperatividad
Otros Grupos Químicos en las Proteínas Proteínas pueden estar "conjugadas" con otros grupos químicos Si la parte no aminoacídica de la proteína es importante para su función, es llamada grupo prostético. Términos familiares : glicoproteína, lipoproteína, nucleopproteína, fosfoproteína, metaloproteína, hemoproteína, flavoproteína.
La estructura tetramérica de la hemoglobina
TAREAS 1. Si el pk del ácido acético es 4.8;el de la metil amina es 10.6; el pk1 de la glicina es 2.34 y su pk2 es 9.6. Por qué existen estas diferencias en los pk si los grupos funcionales son semejantes? 2. Qúe diferencia existe entre un dominio proteico y un motivo proteico. De un ejemplo de cada uno 3. Buscar 4 tipos de estructura supersecundaria y dar un ejemplo de cada una de ellas