PROTEINAS NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS

PROTEINAS NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS 1

Péptidos y Polipéptidos: Se forman por uniones peptídicas de a-l-aminoácidos, siguiendo un orden diseñado por las enzimas que los unen, pero no tienen codificación genética ni se biosintetizan en los ribosomas. Las Proteínas en cambio, poseen en estado nativo, una forma tridimensional característica que es conocida como su conformación o estructura Una pérdida de esta conformación suele implicar una alteración en la acción biológica de la molécula proteica 2

Estructura primaria Se refiere a la composición cuantitativa de los amino ácidos integrantes de la cadena, así como su orden o secuencia y la disposición del enlace peptídico. Estructura secundaria Disposición espacial de la cadena proteica, debido a las uniones puente de hidrógeno y el resto de uniones iónicas e hidrofóbicas, con formación de a o b hélices y de estructuras planas o filamentosas, predominando la dimensión longitudinal. Describe el plegamiento local de la cadena. 3

Estructura terciaria Conformación tridimensional completa de la cadena polipeptídica, debida principalmente a la formación de uniones disulfuro. Disposición geométrica de los dominios. Estructura cuaternaria Interrelaciones entre proteínas (núcleo proteico o protómeros) que pueden plegarse sobre estructuras no proteicas planares y aromáticas (prostéticas) que pueden ocurrir entre varias cadenas poli peptídicas unidas por atracciones de tipo hidrofóbicas y que forman una proteína oligomérica. 4

Estructuras de las proteínas 5

ESTRUCTURA PRIMARIA Todas las proteínas están constituídas por un conjunto básico de 20 aminoácidos, ordenados genéticamente en diversas secuencias específicas El grupo α COOH de un AA se condensa con el grupo α NH2 del siguiente, con pérdida de una molécula de agua, formándose un dipéptido. La unión de tres aminoácidos forma un tripéptido y la de 4 hasta 15 forman los oligopèptidos. 6

Estructura primaria 8

La propiedad fundamental de un enlace peptídico es que todos los átomos que lo forman deben estar en un mismo plano, por lo que la cadena puede girar por sus C α pero nunca por el enlace peptídico Al ser planar es rígida Impone restricciones acerca del número de conformaciones que puede adoptar una cadena polipeptídica 10

Análisis y secuenciación de aminoácidos Determinación de restos N-terminales: Reacción de Sanger Reacción de dansilación Reacción de Edman Determinación de restos C-terminales: Carboxipeptidasas 11

Método de Sanger 12

Reacción de Edman 13

ESTRUCTURA SECUNDARIA Se refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas polipeptídicas a lo largo de una dirección Los enlaces son no covalentes Estructura muy estable Los grupos R hacia el exterior de la hélice Localizada a lo largo de la parte externa de la proteína 15

Hélice α Puentes de hidrógeno entre el C=O de un residuo y el NH del tercer residuo que le sigue, paralelos al eje mayor de la hélice n= 3,6 residuos de AA por vuelta de hélice o 5,4 A 16

Lamina β Plegadas con Cα sucesivamente arriba y abajo del plano de la hoja. Hay 2 tipos de hoja β: paralelas y antiparalelas, que difieren en el patrón de puentes de hidrógeno. Tienen enlaces de hidrógeno intercatenarios. Las antiparalelas son más estables que las paralelas. Se descubrieron en las queratinas. 19

Queratina 20

Antiparalela 22

Paralela 23

ESTRUCTURA TERCIARIA La disposición e interrelación de los elementos de estructura secundaria de una proteína globular en una forma específica, constituyen la estructura terciaria. Mantenida por uniones de tipo puente hidrógeno, puentes disulfuro, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas que actuando conjuntamente, proporcionan gran estabilidad a la proteína. El enlace más importante es el llamado puente disulfuro entre residuos de cisteína. Es un enlace covalente, pero su sola presencia no adjudica estructura terciaria. 24

Los puentes disulfuro en las queratinas, no constituyen estructura terciaria. 25

Cada proteína globular tiene una estructura terciaria característica, íntimamente relacionada con su función biológica específica. 27

Estructura terciaria 28

ESTRUCTURA CUATERNARIA La organización de las proteínas globulares producida por ajuste de las estructuras arrollada y plegada para formar una estructura funcional agregada, se llama estructura cuaternaria. Se conservan unidas por fuerzas no covalentes. Para realizar su función biológica muchas proteínas requieren más de una subunidad en su estructura. 29

ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LA HEMOGLOBINA Los tetrámeros están unidos por enlaces salinos, enlaces hidrofóbicos y puentes de hidrógeno 30

PROTEINAS ESTRUCTURALES y FUNCION PROTEINAS FIBROSAS El colágeno y la elastina son proteínas fibrosas estructurales de la matriz extracelular, con estructura secundaria y, para colágeno, un superenrollamiento pseudoterciario. Otro ejemplo de proteínas estructurales son la a-queratinas y las b-queratinas. 31

COLÁGENO Se encuentra en la piel, huesos, tendones, dientes, cartílagos, vasos sanguíneos. 32

El colágeno es la proteína más abundante del organismo. En realidad se trata de un proteoglicano: compuesto formado por proteína y glúcido. Es un producto natural que contiene más de un 97% de proteínas, que incluye 18 aminoácidos, de los cuales ocho son aminoácidos esenciales, que el organismo debe incorporar con la alimentación porque no los puede sintetizar. 33

Es componente básico de la piel, huesos, ligamentos, tendones y cartílagos. Forma la estructura de la pared de los vasos sanguíneos, córnea, dentina, encías y cuero cabelludo, así como del tejido conectivo que envuelve nuestros músculos y órganos. La composición específica de aminoácidos del colágeno proporciona propiedades funcionales que no se encuentran en otras fuentes de proteínas. Una de las aplicaciones más importantes es su utilización como fuente de nitrógeno en la formulación de dietas enterales con destino a la alimentación tanto 34 infantil como de adultos.

Colágeno: una proteína, muchas funciones. Desde la alimentación hasta la industria cosmética, el colágeno hidrolizado tiene múltiples efectos saludables. Hildegard Von Bingen, la conocida poetisa y monja benedictina, experimentó con extractos de tejido animal que contenían colágeno y verificó un efecto positivo sobre las articulaciones. En la década del '80 se iniciaron los estudios científicos en los que se investigó como un tratamiento coadyuvante para la artrosis. 35

En Europa, la producción de colágeno hidrolizado se inició a mitad del siglo XX. En los años '60 se comenzó a utilizar como un sustitutivo parcial de azúcar y grasas. La cultura asiática tradicional lo ha utilizado sobre todo por sus efectos contra el envejecimiento. El colágeno también se utiliza para reducir el contenido de sal en carnes. La adición de colágeno hidrolizado a los productos cárnicos y embutidos ofrece la posibilidad de reducir su contenido de sal sin afectar negativamente el sabor. Es útil para enriquecer el contenido proteico de variados productos, para las dietas de alto contenido en proteínas y para la nutrición de los deportistas. 36

ELASTINA Consiste en una única cadena polipeptídica de unos 72.000 Da. Son las fibras elásticas que al contrario de las fibras de colágeno, tienen la capacidad de estirarse en respuesta a las tensiones mecánicas y de contraerse para recuperar su longitud inicial en reposo. La elasticidad de nuestros tejidos depende de las fibras elásticas. Se encuentran sobre todo en las paredes de las arterias, en el cartílago elástico y en el tejido conectivo de los pulmones. 37

QUERATINA Existen 2 tipos: las α y β queratinas. Son ricas en cisteína. Las α queratinas son las principales proteínas del pelo y uñas. También en la piel de animales En su estructura predominan las α hélices, en trozos desde 300 AA. Dos de estas hélices suelen enrollarse una sobre otra formando un doble hélice. En el pelo encontramos fibras muy flexibles, constituidas por 4 cadenas. En uñas, las fibras tienen menor flexibilidad debido a la gran cantidad de uniones disulfuro entre las cisteínas. Las β queratinas presentan láminas β. Las encontramos en plumas de aves y escamas de reptiles. 38

Estructura cuaternaria en proteínas globulares Varias cadenas de polipeptídicas, iguales o diferentes, se unen para formar un edificio proteico de orden superior y se disponen formando su estructura cuaternaria. También se considera estructura cuaternaria la unión de una o varias proteínas a otras moléculas no proteicas para formar complejos edificios macromoléculares o supramoleculares. Esto es frecuente en proteínas con masas moleculares superiores a 50.000. 39

Cada polipéptido que interviene en la formación de este complejo proteico es un protómero y según el número de protómeros tendremos: Dímeros Tetrámeros La asociación o unión de las moléculas que forman una estructura cuaternaria, se consigue y mantiene mediante enlaces de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, interacciones electrostáticas y algún enlace disulfuro. 40

Anticuerpos Están formados por cuatro cadenas: dos cadenas cortas y dos largas. 41

Hemoglobina Formada por las globinas o parte proteica (dos cadenas α y dos cadenas β, con 141 y 146 aminoácidos respectivamente) y una parte no proteica o grupos hemo. 42

Representacion esquemática de la molécula de hemoglobina. Los segmentos de hélice α, que constituyen el 80% de la molécula, se representan como cilindros: las cadenas α en gris claro, las cadenas β en gris oscuro y los grupos hemo, como discos rojos. 43

HEMOGLOBINA Hemoproteína Se encuentra exclusivamente en las células rojas de la sangre Constituye el 90% peso seco del eritrocito o glóbulo rojo. Tiene la capacidad de transportar gran cantidad de oxígeno desde los pulmones hasta los capilares en los tejidos. Puede transportar CO 2 desde los tejidos hasta los pulmones para ser eliminado. Gran solubilidad 44

Estructura: tetrámero de porfirino-proteínas, donde cada Globina engloba a un grupo prostético que llamamos HEMO, que contiene Fe +2.. GLOBINA: cuatro cadenas polipeptídicas (dos cadenas alfa y dos beta en adultos) que se mantienen unidas por medio de interacciones no covalentes. Cada subunidad proteica posee estructuras helicoidales y sitio para el grupo hemo. El tetrámero de la hemoglobina puede ser considerado un dímero de dímeros (ab)1 y (ab)2. 45

HEMO 46

ESTRUCTURA PRIMARIA DE LA HEMOGLOBINA Cadena α Posee 141 aminoácidos Extremo amino terminal Extremo carboxilo terminal Cadena β Posee 146 aminoácidos Extremo amino terminal Extremo carboxilo terminal 47

ESTRUCTURA SECUNDARIA DE LA HEMOGLOBINA 75% de las cadenas α y β forman α hélices con 3,6 aminoácidos por vuelta 48

ESTRUCTURA TERCIARIA DE LA HEMOGLOBINA El grupo prostético de la hemoglobina es la Protoporfirina IX En cada subunidad, el hemo se coloca en una hendidura o bolsillo 49

Como se ve en la estructura terciaria, los grupos hemo quedan atrapados entre dos restos de aminoácido histidina, lo que permiten acomodar la molécula de oxígeno. 50

LIPOPROTEÍNAS Aunque el término lipoproteína podría describir cualquier asociación de lípidos con proteínas, se suele restringir para un grupo concreto de complejos moleculares que se encuentran en el plasma sanguíneo de los mamíferos. Las lipoproteínas están formadas por lípidos asociados de forma no covalente con proteínas (apolipoproteínas o apoproteínas), pero también incluyen moléculas antioxidantes liposolubles. 53

Son partículas con un centro apolar (que incluye triacilgliceroles y ésteres de colesterol) y un revestimiento anfifílico formado por fosfolípidos, colesterol no esterificado y las apoproteínas. 54

Función de lipoproteínas plasmáticas: transportar moléculas lipídicas de unos órganos a otros en el medio acuoso del plasma. En ayuno normal el plasma humano tiene cuatro clases de lipoproteínas (se clasifican por su densidad) y en el periodo postprandial aparece una quinta clase, los quilomicrones. Los quilomicrones son lipoproteínas grandes con densidad extremadamente baja que transportan los lípidos de la dieta desde el intestino a los tejidos. Las VLDL, (lipoproteínas de muy baja densidad), se sintetizan en el hígado y transportan lípidos a los tejidos; estas VLDL van perdiendo en el organismo triacilgliceroles y algunas apoproteínas y fosfolípidos. 55

Los restos de VLDL, sin triacilgliceroles, son las IDL (lipoproteínas de densidad intermedia) son captados por el hígado o convertidos en LDL. Las LDL, lipoproteínas de baja densidad, transportan colesterol a los tejidos donde hay receptores de LDL. Las HDL, lipoproteínas de alta densidad, también se producen en el hígado y eliminan el exceso de colesterol de las células llevándolo al hígado, único órgano que puede metabolizar el colesterol, convirtiéndolo en ácidos biliares. 56

Las partículas más pequeñas tienen mayor porcentaje de proteínas de superficie y de lípidos anfipáticos que las grandes. 59