BIOQUIMICA II, CAPITULO 2COMPOSICION Y ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS Las proteínas funcionan como catalizadores, transportan y almacenan otras moléculas como el oxígeno, proporcionan apoyo mecánico y protección inmunológica, generan movimiento, transmiten impulsos nerviosos y controlan el crecimiento y la diferenciación. Características de las proteínas: 1. Son polímeros lineales construidos a partir de monómeros llamados aminoácidos empalmados unos de otros. La función de la proteína depende directamente de su estructura tridimensional. Así podemos determinar las proteínas son la transición desde la unidimensionalidad de las secuencias hasta la tridimensionalidad de las moléculas capaces de realizar diferentes actividades. 2. Proteínas contienen variados grupos funcionales como alcoholes, tioles, tioésteres, ácidos carboxílicos, carboxiamidas, y una serie de grupos básicos. La mayoría son químicamente activos, que determinan las funciones de las proteínas. 3. Las proteínas pueden interactuar entre sí y con otras macromoléculas biológicas para formar asociaciones complejas. Asociaciones pueden ser : Sinérgicas, de forma que se generan capacidades que no existían en los componentes proteicos individuales. + También incluyen maquinarias macromoleculares que llevan a cabo la replicación del DNA, entre otras. 4. Las proteínas son: FLEXIBLES: pueden actuar como RIGIDAS: pueden funcionar como bisagras, muelles y palancas, cruciales elementos estructurales en el para la propia proteína, como permitir el citoesqueleto o en el tejido ensamblaje de proteínas entre si y otras conjuntivo. moléculas. Drsebasboss 1 BIOQUIMICA II, CAPITULO 2 LAS PROTEINAS SE CONSTRUYEN A PARTIR DE UNA COLECCIÓN DE VEINTE AMINOACIDOS Un aminoácido consiste: -Un átomo de carbono central, llamado el carbono alfa, unido al grupo amino, un grupo de ácido carboxílico, un átomo de hidrogeno, y un grupo R característico (denominado como cadena lateral). -Los aminoácidos alfa, son quirales, debido a la presencia de los cuatro grupos mencionados. Las proteínas solo se constituyen de L- AMINOACIDOS, el isómero L tiene configuración absoluta S (y no R). La dirección contraria de las manecillas del reloj de los sustituyentes de mayor a menor prioridad indica que el centro quiral es, salvo en la cisteína, de configuración S. Drsebasboss 2 BIOQUIMICA II, CAPITULO 2 Figura. El estado de ionizacion varia según el pH . Disolución ácida (ejemplo pH 1), el grupo amino esta protonado, y el grupo carboxilo no esta disociado(-COOH).CUANDO SE ELEVA EL PH , el grupo carboxílico es el primero en ceder un protón, ya que su Pka es cercano a 2. La forma dipolar persiste hasta que el pH se acerca a 9, cuando el grupo amino protonado pierde un protón. Los aminoácidos en disolución a pH neutro (fisiologicas) existen predominantemente como iones dipolares (o llamados zwitteriones) Forma dipolar, el grupo amino está protonado (-NH3+) y el grupo carboxílico desprotonado (_COO- ) En las proteinas , se encuentran habitualmente 20 tipos de cadenas laterales que varian en tamaño, forma, carga, capacidad de formar puentes de Hidrogeno, carácter hidrofóbico, y actividad química. Todas las proteinas de todas las especies se construyen con los mismo 20 aminoácidos. VER PAGINA 31 DE LA STRAYER 8 EDICION. ALANINA, siguiente El más sencillo es la GLICINA, aminoácido sencillo, tiene que tiene solo un átomo de un grupo metilo (- hidrógeno como cadena lateral. CH3) como cadena En su carbono alfa: posee dos lateral átomos de hidrógeno y es especial al ser el único aminoácido aquiral. AMINOÁCIDOS CON CADENAS LATERALES ALIFÁTICAS Las cadenas laterales alifáticas grandes son HIDROFÓBICAS, es decir, tienden a agruparse entre ellas en vez de establecer contactos con el agua. Así, la estructura tridimensional de las proteínas solubles en agua se estabiliza por esta tendencia, conocido como efecto hidrofóbico. Isoleucina: incluye Metionina: con Prolina: tiene cadena lateral alifática, pero difiere un centro quiral Drsebasboss cadena lateral 3 de los demás aminoácidos en que si cadena lateral adicional, el isómero alifática larga que está unida tanto al átomo de nitrógeno como al mostrado se incluye un grupo carbono alfa. Este grupo metileno (- a uno de los hidrógenos de grupo OH es reactivo. BIOQUIMICA II. citados. Drsebasboss 4 . el grupo indol la alanina. CAPITULO 2 AMINOÁCIDOS CON CADENAS LATERALES AROMÁTICAS Tirosina: Su anillo Triptófano: Tiene un Fenilalanina: Contiene un aromático contiene un anillo indol unido a un anillo fenílico sustituyendo grupo hidroxilo. CH2-). al contrario de las consiste en dos anillos cadenas lateral de los fundidos que incluyen demás aminoácidos un grupo NH. -El centro quiral de la treonina se indican con un *. haciendolos mas hidrofílicos. BIOQUIMICA II.) Drsebasboss 5 . Estos dos aminoacidos contienen grupos hidroxilo alifáticos. centro asimétrico adicional (de nuevo solo se encuentra uno de los isómeros en las proteínas. CAPITULO 2 CINCO AMINOACIDOS SON POLARES PERO SIN CARGA. como una versión hidroxilada . Treonina: se asemeja a la valina con un grupo hidroxilo en lugar de un grupo metilo de Serina: puede considerarse la valina. Al igual que la isoleucina contiene un de la alanina. -Cada uno contiene un grupo terminal carboxiamida en vez del carboxilo ácido. CAPITULO 2 ASPARRAGINA Y GLUTAMINA: los derivados sin carga de los aminoacidos ácidos aspartato y glutamato. Drsebasboss 6 . -La cadena lateral de la glutamina tiene un grupo metileno más que la asparragina.BIOQUIMICA II. Parejas de grupos sulfhidrilo se pueden juntar formando ALTAMENTE HIDROFÍLICOS-CARGADOS POSITIVAMENTE. ARGININA: cadenas laterales muy largas. Respaldado positivamente a pH neutro. CAPITULO 2 Cisteína: Su estructura es similar a la serina. AMINOÁCIDOS CON CADENAS LATERALES MUY POLARES. pero contiene un sulfhidrilo o grupo tiol (-SH). en lugar del grupo hidroxilo. enlaces disulfuro. LISINA: tiene cadenas acaban en grupos laterales relativamente cargados largas que acaban en positivamente a pH grupos cargados neutro. importantes para la estabilización de algunas proteínas.BIOQUIMICA II. por un grupo guanidinio -Esta rematada por un grupo amino primario Drsebasboss 7 . la Histidina se encuentra en los centros activos enzimáticos. Drsebasboss 8 . Aunque en algunas proteinas. AMINOÁCIDOS CON CARBIXILATOS EN SU CADENA LATERAL. un anillo aromático que también puede estar cargado positivamente. ÁCIDO ASPARTICO (ASPARTATO) Y ÁCIDO GLUTÁMICO(GLUTAMATO): Sus cadenas laterales a pH fisiológico pierden un protón del ácido y por ello están cargadas negativamente a pH fisiológico. Así. Con un valor pKa cercano a 6. las cadenas laterales aceptan protones.BIOQUIMICA II. CAPITULO 2 HISTIDINA: contiene el grupo imidazol. dependiendo del entorno local. este puede estar sin carga o cargado positivamente en las proximidades del pH neutro. Su anillo puede liberar o captar protones. es decir. CAPITULO 2 LOS AMINOACIDOS DE CADENAS LATERALES FACILMENTE IONIZABLES. capaces de donar o aceptar protones para facilitar reacciones. Drsebasboss 9 .BIOQUIMICA II. Otros dos grupos que se pueden ionizar en las proteinas: los alfa-amino y alfa- carboxilo terminales incluidos en la tabla. asi como para formar enlaces iónicos. La formación de un dipeptido a partir de dos aminoácidos se acompaña por la pérdida de una molécula de agua. Cada unidad aminoacídica de un polipetido se denomina residuo. Una cadena polipetidica tiene polaridad porque sus extremos son diferentes. otros aminoácidos . ESTRUCTURA PRIMARIA: LOS AMINOÁCIDOS ESTAN UNIDOS POR ENLACES PEPTIDICOS PARA FORMAR CADENAS POLIPEPTÍDICAS Las proteínas son polímeros lineales por la unión de un grupo . tales como la hemoserina y homocisteina . Esta unión se conoce como ENLACE PEPTIDICO (o enlace amida). La biosíntesis de los enlaces peptídicos requiere de un aporte de energía libre. pues tienden a adoptar formas cíclicas de cinco átomos que limitarian su uso en las proteinas.carboxilo de un aminoácido al grupo .carboxilo en el otro. con un grupo . no se han seleccionado debido a su reactividad intrínseca .amino en un extremo y un grupo .amino de otro aminoácido. CAPITULO 2 En último término. Drsebasboss 10 . La serie de aminoácidos unidos forman una cadena polipeptidica.BIOQUIMICA II. Así los enlaces peptídicos son muy estables cinéticamente. El equilibrio de esta reacción esta desplazado más desplazado hacia la hidrólisis que hacia la síntesis. cadena principal o esqueleto (repetida) : tiene la capacidad de formar puentes de hidrogeno. UN GRUPO NH . QUE ES UN BUEN DADOR EN PUENTES DE HIDROGENO. Proteinas : conjunto de cadenas polipeltidicas de residuos entre 50 y 2000 aminoacidos Eje: titina.BIOQUIMICA II. debido a la presencia de un grupo carbonilo en cada residuo (C=O) . La cadena polipeptidica consta de una:. .Una cadena variable de cadenas laterales caracteristicas (grupos funcionales). CAPITULO 2 El extremo amino terminal se considera que es el comienzo de la cadena polipetidica. Drsebasboss 11 . A EXCEPCION DE LA PROLINA. proteina muscular con 27000 aminoacidos. La insulina consta solamente de L-aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. LAS PROTEINAS TIENEN SECUENCIAS DE AMINOACIDOS ESPECIFICAS DETERMINADAS POR LOS GENES Frederick Sanger determinó la secuencia de aminoácidos de la insulina: este trabajo demostró: . Las fibras de colágeno en el tejido conjuntivo y los coágulos sanguíneos de fibrina se refuerzan con enlaces entrecruzados no.BIOQUIMICA II. Se pueden generar proteínas con nuevas propiedades variando la secuencia de proteínas conocidas Drsebasboss 12 . Una proteínas tiene una secuencia de aminoácidos definida . codifica una secuencia complementaria de nucleótidos en el RNA. Cada uno de los 20 aminoácidos de la colección está codificado por una o más secuencias específicas de tres nucleótidos. CAPITULO 2 Oligopéptidos: peptidos consistentes de un pequeño número de aminoácidos Los puentes disulfuro son los entrecruzamientos mas habituales de las cadenas polipetidicas que se forman por la oxidación de un par de reisudos de císteina. EL HECHO EXCEPCIONAL ES QUE CADA PROTEÍNA TIENE UNA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS ÚNICA Y DEFINIDA CON PRECISIÓN. La secuencia de nucleótidos del DNA. la union de dos residuos de cisteina forman la cistina las proteinas extracelulares contienen puentes disulfuro. conocida como su estructura primaria.disulfuro originados por otras cadenas laterales. Esencial para averiguar su mecanismo de acción. La importancia de conocer las secuencias de aminoácidos de las proteínas es: 1. . mientras que las proteinas intracelulares no lo contienen. BIOQUIMICA II. CONFIGURACIONES DEL ENLACE PEPTÍDICO PLANO TRANS CIS Drsebasboss 13 . Las proteínas se parecen en su secuencia de aminoácidos solamente cuando tienen un antepasado común. lo que permite a los polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos formar estructuras globulares fuertemente empaquetadas. pues algunas enfermedades como la anemia falciforme y la fibrosis quística. CAPITULO 2 2. grupo NH y el carbono del segundo aminoácido. LAS CADENAS POLIPEPTÍDICAS SON FLEXIBLES AUNQUE ESTÁN RESTRINGIDAS EN SU CONFORMACION En las geometria de una proteinas revela varios rasgos importante: El enlace petidico esencialmente plano. el grupo CO del primer aminoacido. 3. 4. EL ENLACE PEPTÍDICO no tiene carga. la secuencia es el enlace entre el mensaje genético en el DNA y la estructura tridimensional que desempeña la función biológica de la proteína. El enlace peptídico tiene un carácter PARCIAL DE DOBLE ENLACE. Los seis atomos están en el mismo plano. lo que evita la rotación a su alrededor y restringe la conformación del esqueleto polipetídico. en cada par de aminoacidos unidos : carbono . Factor importante de la patología molecular. se pueden producir por el cambio de un único aminoácido en la proteína. Determinan las estructuras tridimensionales de las proteínas. La secuencia de una proteína revela sobre su historia evolutiva. alrededor de dos enlaces de cada aminoácido permite a las proteínas plegarse de varias formas. . lo que limita las diferencias estéricas entre las dos formas. mismo lado del enlace peptídico. Dichos enlaces muestran menos preferencia por la configuración trans porque el nitrógeno de la prolina está unido a dos átomos de carbono tetraédricos. la entropía favorable asociada con el gran número de conformaciones de la Drsebasboss 14 .Casi todos los enlaces de las proteínas están en esta configuración. Esto debido a los choques estéricos entre los grupos unidos a los átomos de carbono impiden la adopción de la forma cis UNIONES X-Pro: son los enlaces peptídicos cis más comunes. Las dos unidades peptídicas adyacentes rígidas pueden girar alrededor de estos enlaces de forma que . Los giros alrededor de estos ángulos se concretan en los llamados ángulos de torsión. La capacidad de plegarse de los polímeros biológicos como las proteínas es termodinámicamente relevante. CAPITULO 2 Los dos átomos de carbono están en Los dos átomos de carbono están en el lados opuestos del enlace peptídico. Se considera un polímero desplegado y uno bien plegado.BIOQUIMICA II. Los enlaces entre el grupo amino y el átomo de carbono y entre el átomo de carbono y el grupo carbonilo son enlaces sencillos puros. las hebras y los giros son debidos a una disposición regular de los puentes de hidrogeno entre los grupo peptídicos N-H y carbonílico C=O de aminoácidos que están próximos el uno al otro en la secuencia lineal. La rigidez de la unidad peptídica y los límites de los ángulos de enlace limitan el suficiente número de estructuras posibles para que la cadena desplegada se pliegue. Las estructuras altamente flexibles no se pliegan en estructuras únicas. CAPITULO 2 forma desplegada se opone al plegamiento y debe ser superada con interacciones que favorezcan la forma plegada. Las hélices . Todas estructuras contribuyen a formar la estructura proteica final. ESTRUCTURA SECUNDARIA: LAS CADENAS POLIPETIDICAS SE PUEDEN PLEGAR EN ESTRUCTURAS REGULARES COMO LA HÉLICE ALFA.BIOQUIMICA II. LA HOJA PLEGADA BETA . GIROS Y BUCLES En 1951 Linus Pauling y Robert Corey propusieron dos estructuras periódicas llamadas la hélice y la hoja plegada posterior se identificaron el giro y el bucle omega. Tales segmentos constituyen la estructura secundaria. La hélice es una estructura helicoidal estabilizada por puentes de hidrógeno intracatenarios La primera estructura propuesta por los científicos fue la hélice . y es en forma de cilindro CARACTERISTICAS: Drsebasboss 15 . mientras que las cadenas laterales se extienden hacia afuera en forma helicoidal. El sentido de giro de una helice puede ser: DEXTRÓGIRO ( sentido de las agujas del reloj ) o LEVÓGIRO ( sentido contrario de las agujas del reloj ) Las dos Hélices se encuentran entre las conformaciones permitidas. Asi. CAPITULO 2 Un esqueleto helicoidal muy fuertemente plegado. No todos los aminoácidos pueden acomodarse fácilmente en una hélice. Las hélices sencillas tienen normalmente una longitud menor que 45º º. Ramificación en el átomo de carbono . Sin embargo .BIOQUIMICA II. Prolina también es un disyuntor helicoidal debido a que carece de un grupo NH y porque su estructura de anillo le impide asumir el valor para encajar en una hélice . excepto los aminoacidos que estan al final de la helice . Aspartato y Asparagina también tienden a alterar las hélices porque sus cadenas laterales contienen donantes o aceptores de enlaces de hidrógeno en estrecha proximidad con la cadena principal. Las hojas se estabilizan por puentes de hidrogeno entre las cadenas polipeptidicas La hoja plegada ( llamada porque era la segunda estructura que hallaron) Drsebasboss 16 . tiende a desestabilizar las hélices debido a los choques estéricos. La helice alfa se estabiliza por puentes de hidrogeno entre los grupo NH y CO de la cadena principal. forma la parte interior del cilindro. Las uniones ocurren entre el CO y el NH del aminoacido ubicado cuatro residuos adelante en la cadena principal . donde compiten por grupos NH y CO de cadena principal. Muchas proteínas que atraviesan membranas biológicas contienen hélices . como en valina. Treonina e isoleucina. las conformaciones dextrogiras son más favorables energéticamente porque hay menos choques estéricos entre las cadenas laterales y el esqueleto. Serina. todos los grupos CO y NH de la cadena principal estan unidos por puentes de hidrogeno. BIOQUIMICA II. La distancia entre aminoacidos adyacentes en una hebra es aproximadamente 3. llamadas hebras .5 º delas helice . Drsebasboss 17 .5 º al contrario de los 1. CAPITULO 2 Esta formada por dos o mas cadenas polipeptidicas. Las cadenas adyacentes de una hoja pueden dirigirse en sentidos opuestos ( hoja antiparalela) o en el mismo (hoja paralela) ORDENAMIENTO ANTIPARALELO : los grupos NH y CO de cada aminoacido estan unidos respectivamente a un grupo CO y NH situados en la cadena adyacente. Las cadenas laterales de aminoacidos contiguos apuntan en direcciones opuestas. tales hebras estan casi completamente extendidas en vez de estar enrrolladas y empaquetadas como la helice . Drsebasboss 18 . paralelas o mixtas. Las hojas pueden ser planas. tales hojas pueden ser estrictamente antiparalelas. aunque la mayor parte de ellas adoptan una forma retorcida Participa en importantes proteinas tales como los acidos grasos. el grupo NH forma enlaces de hidrogeno con el grupo CO de un aminoacido de la cadena adyacente mientras que el grupo CO forma enlaces de hidrogeno con el grupo NH del aminoacido situado dos residuos mas lejanos en la cadena Muchas cadenas pueden unirse a hojas .BIOQUIMICA II. CAPITULO 2 ORDENAMIENTO PARALELO: en cada aminoacido. BIOQUIMICA II. CAPITULO 2 Las cadenas polipeptídicas pueden cambiar de dirección por medio de giros inversos y bucles Las proteínas tienen formas compactas y globulares. Son BUCLES o BUCLES (OMEGA) Diferencia a las hélices y . Drsebasboss 19 . Esta interacción estabiliza cambios abruptos de dirección de la cadena polipeptidica. regulares. el grupo CO del residuo i de un polipéptido se une por un puente de hidrogeno al NH del residuo i+3. Dichos cambios se acompañan por un elemento estructural llamado GIRO INVERSO ( O GIRO O VUELTA EN HORQUILLA) En giros inversos. y por ellos participan en interacciones entre las proteínas y otras moléculas. los bucles no tienen estructuras periódicas. son a menudo más rígidas y bien definidas Los giros y bucles se encuentran en la superficie de las proteínas. Estructuras más elaboradas más elaboradas son responsables para las inversiones de cadena. requieren cambios en la dirección de sus cadenas polipeptidicas. CAPITULO 2 LAS PROTEÍNAS FIBROSAS SUMINISTRAN UN SOPORTE ESTRUCTURAL A LAS CÉLULAS Y A LOS TEJIDOS En dos proteínas. Esta familia se caracteriza por tener una región central de 300 aminoácidos que contiene repeticiones imperfectas de una secuencia de siete aminoácidos llamada héptada repetitiva. componente primordial de la lana y el cabello. de modo que hay 3. y proteínas musculares miosina y tropomiosina.5 residuos por vuelta en vez de 3.6. la queratina y el colágeno. Las dos helicoides de la queratina están unidos en forma entrecruzada por interacciones débiles. LA QUERATINA. consta de dos hélices dextrógiras enrolladas mutuamente para formar un tipo de hélice de hélices levógira. como las fuerzas de van der Waals e interacciones iónicas. En el hombre. existen unos tipos especiales de Hélices. hay aproximadamente 60 miembros de esta familia: los filamentos intermedios. La queratina es miembro de la una superfamilia de proteínas llamadas proteínas superhelicoidales. De este modo el patrón de interacciones de las cadenas laterales puede repetirse cada siete Drsebasboss 20 . proteínas del citoesqueleto. llamada superhélice.BIOQUIMICA II. Estas interacciones vienen facilitadas por el hecho de que la superhélice levógira altera a las dos hélices dextrógiras. permitiendo interacciones iónicas. formando la héptada repetitiva. son más duros por la presencia de más enlaces entrecruzados. y dientes. cada una de unos 1000 residuos de longitud. Así el número de puentes disulfuro entrecruzados define la propiedad de la fibra. El pelo y la lana son más flexibles. las dos hélices pueden estar unidas por puentes disulfuro formados por residuos vecinos de cisteína. uñas y pezuñas.prolina. los huesos. Contiene tres cadenas polipeptidicas lineales. al contrario de los cuernos. cartílagos.BIOQUIMICA II. estableciendo entre ellos fuerzas de van der Waals. CAPITULO 2 residuos. En la secuencia de aminoácidos aparece la glicina cada tercer residuo y se presenta con regularidad la secuencia glicina.hidroxiprolina. Así por ejemplo. los residuos que se repiten pueden ser hidrofóbicos. En el caso de la lana. debido a la ruptura de las interacciones débiles entre hélices. o pueden tener cargas eléctricas opuestas. Esta proteína extracelular es una molécula en forma de varilla de 3000 º de longitud y solamente 15 º de diámetro. tendones. COLÁGENO: es el principal componente fibroso de la piel. Sin embargo los enlaces disulfuro covalentes se resisten a la ruptura y la fibra retorna a su estado original. debido a menos enlaces. Drsebasboss 21 . las hélices permiten la elasticidad de la misma. Además. Las hélices de colágeno y las hélices son diferentes. La hélice está estabilizada por la repulsión estérica de los anillos de pirrolidina de los residuos de prolina e hidroxiprolina Los anillos de pirrolidina se mantienen alejados cuando la cadena polipeptídica adopta su forma helicoidal. CAPITULO 2 La hidroxiprolina es un derivado de la prolina que contiene un grupo hidroxilo en vez de uno de los hidrógenos del anillo de pirrolidina. Los aminoacidos distintos de la glicina estan localizados en el exterior. Las de colágeno: Faltan los puentes de hidrogeno dentro de las hebras. donde hay espacio para los anillos de la prolina e hidroxiprolina.BIOQUIMICA II. Drsebasboss 22 . Participan en los puentes de hidrogeno se establecen entre los grupos NH peptídicos de la glicina y los grupos CO de residuos de las otras cadenas y también participan los grupos hidroxilo de las hidroxiprolinas. El interior de la soga helicoidal de triple hebra esta muy apretado y esto justifica que se requiera glicina en cada tercera posicion de cada hebra. y precisamente la carencia de estos grupos hidroxilo ocasiona la enfermedad conocida como ESCORBUTO. que tiene unos tres residuos por vuelta. y fenilalanina. como leucina. Aproximadamente el 70% de la cadena principal esta plegada en ocho hélices y el resto forma giros y bucles entre las hélices. LA FORMA GLOBAL DE LA CADENA POLIPEPTIDICA DE UNA PROTEINA SE CONOCE COMO SU ESTRUCTURA TERCIARIA. metionina. MIOGLOBINA: proteina transportadora de oxigeno en el músculo. ESTRUCUTURA TERCIARIA: LAS PROTEINAS SOLUBLES EN AGUA SE PLIEGAN EN ESTRUCTURAS COMPACTAS CON UN NUCLEO NO POLAR. otros aminoácidos reemplazan el residuo interno de glicina. valina. también conocido como Enfermedad ósea quebradiza. que puede variar de suave a muy severo. El colágeno defectuoso en los ojos causa la parte blanca de los ojos para tener un tinte azul (esclerótica azul).BIOQUIMICA II. En esta condición. La mioglobina es una molécula muy compacta. La mioglobina consta en el interior de residuos no polares. un grupo prostético (ayudante) no polipeptídico consistente en una protoporfirina IX y un átomo de hierro en el centro. CAPITULO 2 La importancia del posicionamiento de la glicina dentro de la triple hélice se ilustra en el trastorno osteogénesis imperfecta. que desempeñan papeles vitales en la unión de hierro y oxígeno. Drsebasboss 23 . Los unicos residuos polares en el interior son dos residuos de histidina. posee una cadena polipéptidica única de 153 aminoácidos. El mas serio síntoma es la fragilidad ósea severa. La capacidad de la mioglobina para unirse al oxígeno depende de la presencia de un grupo hemo. Este reemplazo conduce a un repliegue retrasado e inadecuado del colágeno. Las interacciones de Van der Waals entre las cadenas laterales contribuyen a la estabilidad de las proteinas. Recordemos que un sistema es mas estable termodinamicamente cuando los grupos hidrofóbicos están agrupados en vez de estar expuestos al entorno acuoso. Muchas hélices y hebras son anfipáticas. CAPITULO 2 Los residuos cargados como aspartato. que apunta hacia el interior de la proteina. estén en la superficie. Por ejemplo. es decir las hebras tienen una cara hidrofóbica. Las proteinas que atraviesan las membranas biológicas confirman la regla. porque presentan una distribución inversa de los aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos. y arginina estan ausentes del interior de la mioglobina. Asi entendemos porque los 20 aminoácidos contienen varios que difieren sutilmente en tamaño o forma: proporcionan una oferta desde la que se puede escoger para rellenar perfectamente el interior de una proteina. En un entorno acuoso. las porinas. Un grupo peptídico NH o CO desapareado prefiere sustancialmente el agua a un medio no polar. dirigida hacia el entorno acuoso. lisina. Este emparejamiento se cumple totalmente en una hélice o una hoja . El exterior de la mioglobina consiste en residuos polares y no polares. el plegamiento proteico esta dirigido por la fuerte tendecia de los residuos hidrofóbicos a ser excluidos del agua.BIOQUIMICA II. glutamato. proteinas que se encuentran en las membranas externas de Drsebasboss 24 . El secreto de enterrar un segemento de la cadena principal en un entorno hidrofóbico es el emparejamiento de todos los grupos NH y CO por medio de puentes de hidrógeno. La cadena polipeptidica se pliega por lo tanto para que sus cadenas hidrofóbicas laterales estén en el interior y sus cadenas polares. y una cara más polar. cargadas. Estas combinaciones se llaman motivos o estrcturas supersecundarias. la proteína de la superficie celular del sistema inmune a la que se une el virus de la inmunodeficiencia humana (HIV). Asi por ejemplo. ESTRUCTURA CUATERNARIA: LAS CADENAS POLIPÉPTIDICAS PUEDEN ENSAMBLARSE EN ESTRUCTURAS DE MULTIPLES SUBUNIDADES Cuatro niveles de la arquitectura de las proteínas: ESTRUCTURA PRIMARIA: secuencia de aminoácidos Drsebasboss 25 . parte extracelular CD4. En muchas proteinas se presentan ciertas combinaciones de estructuras secundarias y con frecuencia desempeñan funciones similares. dandole la permeabilidad.BIOQUIMICA II. El exterior de la porina( que establece contacto con los grupos hidrofóbicos de las membranas) está cubierta principalemente con residuos hidrofóbicos de alcanos. CAPITULO 2 muchas bacterias. DOMINIOS: son unidades globulares compactas conectadas por un segmento flexible de la cadena polipeptidicas Tiene un tamaño entre 30 y 400 residuos de aminoácidos. Por ejemplo. una hélice separada de otra hélice por una vuelta o giro constituye la unidad HELICE-VUELTA-HELICE. está compuesto de cuatro dominios similares de aproximadamente 100 aminoácidos cada uno de ellos. mientras que el centro contiene un conducto acuoso lineal con aminoácidos polares y cargados. La hélice y la hebra son sus elementos. Las subunidades se unen y forman una capsida esférica que encierra el genoma vírico. que se encuentra en un virus bacteriano lambda. cada una de las cuales se conoce como una subunidad. Esta organización se refiere al ordenamiento espacial de las subunidades y la naturaleza de sus interacciones. Los virus aprovechan al máximo una cantidad limitada de información genética formando envolturas que usan el mismo tipo de subunidad de forma repetitiva en un ordenamiento simétrico.BIOQUIMICA II. ESTRUCTURA TERCIARIA: es el ordenamiento espacial de los residuos de los aminoácidos que se encuentran alejados en la secuencia y del esquema de enlaces disulfuro. el virus que produce el resfriado incluye 60 copias de cada una de las 4 subunidades que la integran. CAPITULO 2 ESTRCUTURA SECUNDARIA: ordenamiento espacial de los residuos de aminoácidos que están cerca en la secuencia. Ejemplo de esta organización en la proteína de unión a DNA. El dimero es la forma más simple de esta estructura que consta de dos subunidades idénticas. La envoltura de los rinovirus. contiene dos subunidades de un tipo (y dos subunidades de otro tipo () Así la hemoglobina es un tetrámero cambios en el ordenamiento de las subunidades en la molécula le permiten transportar oxigeno desde los pulmones hasta los tejidos con gran eficiencia. ESTRUCTURA CUATERNARIA: posee más de una cadena polipeptidica. La hemoglobina humana. Drsebasboss 26 . Cro. Agentes como la urea o el cloruro de guanidinio rompen los enlaces no covalentes. La mayoria de las cadenas polipeptidicas desprovistas de enlaces cruzados adoptan una conformacion de de ovillo estadistico en urea 8 M o en cloruro de guanidinio 6 M Drsebasboss 27 . aunque su mecanismo de accion no se comprende totalmente los puentes disulfuro se pueden romper reversiblemente si se reducen con un reactivo como el - mercaptoetanol En exceso de este compuesto. CAPITULO 2 LA SECUENCIA DE AMINOACIDOS DE UNA PROTEINA DETERMINA SU ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL Christian Anfinsen trabajo la enzima ribonucleasa manifestando la relación entre la secuencia de aminoacidos de una proteina y su conformacion.BIOQUIMICA II. se origina una proteina en la que los disulfuros (cistinas) se convierten completamente en silfhidrilos (cisteinas). La ribonucleasa tiene una cadena polipeptidica unica con 124 residuos de aminoacidos unidos por 4 puentes disulfuro. Los 105 modos diferentes de aparear 8 moléculas de cisteína para formar cuatro puentes disulfuro. el producto era una cadena polipetidica completamente reducida en conformacion de ovillo estadistico y desprovista de actividad enzimatica. Estos experimentos demostraron que la informacion necesaria para especificar la estructura cataliticamente activa esta contenida en su secuencia de aminoacidos. la ribonucleasa se desnaturalizó con este tratamiento Anfisen hizo entonces la obrservacion de que la ribonucleasa desnaturalizada. Se encontró que estas se conviertan espontaneamente en ribonucleasa nativa. totalmente activa. Drsebasboss 28 . recuperaba lentamente la actividad enzimática. Los 104 apareamientos erróneos se han llamado ribonucleasas “revueltas”. El mercaptoetanol añadido catalizaba el reordenamiento de los pares disulfuro hasta que la estructura nativa se recuperaba en unas 10 horas aproximadamente. ¿ por qué eran los resultados tan distintos cuando la ribonucleasa reducida se reoxidaba en ausencia o presencia de urea? La razón radica en que en presencia de urea se forman puentes disulfuro equivocados. CAPITULO 2 Cuando la ribonucleasa se trato con marcaptoetanol en urea 8 M. cuando a una disolucion acuosa de la enzima se le añadian cantidades minimas de mercaptoetanol. Este proceso estaba guiado por el descenso en energia libre cuando las conformaciones revueltas se convertian en la conformacion nativa y estable de la enzima. En otras palabras. Asi el descubrio : los grupos sulfhidrilo de la enzima desnaturalizada se oxidan por el aire. y solo una de estas combinaciones es enzimaticamente activa. y la enzima se replegaba en una forma cataliticamente activa. La ribonucleasa reoxidada de esta forma tenia solamente el 1 % de la actividad enzimatica de la proteina nativa. Un resultado muy diferente se obtuvo cuando la ribonucleasa reducida se reoxidó mientras estaba todavía en urea 8M y la preparación se dializó posteriormente para quitar la urea. Estudios detallados demostraron entonces que casi toda la actividad enzimatica original se recobraba si los grupos sulfhidrilos se oxidaban en condiciones adecuadas.BIOQUIMICA II. liberada de la urea y del mercaptoetanol por diálisis. asparragina y prolina. Las ramificaciones del átomo de carbono . llamadas chaperonas. hoja o un giro? El examen de la frecuencia de aparición de un residuo particular de aminoacido en estas estructuras secundarias puede ser una fuente de conocimiento para esta determinacion. glutamato. LOS AMINOACIDOS TIENEN DIFERENTES PROPENSIONES A FORMAR HÉLICES . el aspartato. La serina. CAPITULO 2 Para algunas proteinas. las moleculas de proteinas desplegadas normalmente se quedan enredadas entre ellas formando agregados.BIOQUIMICA II. como en la valina. y la asparragina tienden a romper las hélices porque sus cadenas laterales contienen dadores o aceptores de puentes de hidrogeno que estan Drsebasboss 29 . y leucina En HEBRAS residuos como la valina e isoleucina. En este caso. el replegamiento no se produce con eficiencia. bloquean tales interacciones inconvenientes. tienden a desestabilizar las hélices debido a choques estéricos. la treonina y la isoleucina. La hélice se puede considerar como la conformacion habitual. HOJAS Y GIROS ¿ Qué determina si una secuencia particular de una proteina va a formar una helice . En HÉLICES residuos como la alanina. Unas proteinas. En GIROS residuos como la glicina. El agente transmisible consiste en formas agregadas de una proteína específica. La prolina tiende a desestabilizar tanto las hélices como las hebras porque le falta un grupo NH y porque su estructura en anillo restringe su valor de ᶲ alrededor de 60 grados. que compiten por los grupos NH y CO de dicha cadena. Los agregados proteicos son resistentes a tratamientos con agentes que degradan a la mayoría de las proteínas.BIOQUIMICA II. La estructura de la forma de la proteína presente en los cerebros infectados. Por ejemplo.70 %. La glicina encaja facilmente en todas las estructuras y por esa razón no favorece en particular la formación de las hélices Las predicciones de la estructura secundaria adoptada por un fragmento de 6 o menos o menos residuos han demostrado que son correctos en un 60. Los agentes que originan esta enfermedad son llamados priones. La proteína es por completo o en su mayor parte derivada de una proteína celular. uno de los mas firmes formadores de helices. Tener en cuenta que la preferencias conformacionales de los residuos de los aminoacidos no estan limitadas simplemente a una estructura. las secuencias de los aminoácidos definidas no son los únicos determinantes de la estructura secuandaria. ¿Cómo la estructura de la proteína en la forma agregada se diferencia de la proteína en su estado normal en el cerebro? La estructura de la proteína normal celular contiene extensas regiones de hélice y pocas hebras . pueden ser decisivas para especificar la estructura secundaria de algunos segementos. llamada PrP. CAPITULO 2 muy cerca de la cadena principal. 3. El estudio de estos agentes infecciosos reveló las siguientes características: 1. normalmente presente en el cerebro. Por lo tanto. Las interacciones terciarias. ALGUNAS ENFERMEDADES NEUROLÓGICAS ESTÁN ASOCIADAS A PLEGAMIENTOS Y AGREGACIONES DE PROTEÍNAS ERRÓNEOS Fue sorpresa para la medicina moderna encontrar que ciertas enfermedades infecciosas de tipo neurológico que se transmiten por agentes semejantes en tamaño a los virus pero compuestos únicamente por proteínas. Estas enfermedades incluyen la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas) y las enfermedades análogas en otros organismos. incluyendo la enfermedad de Creuzfeld- Jacob (CJD) en el ser humano. glutamato. 2. prefiere la helice a las hojas unicamente por un factor de dos. Los agregados tienen cierto margen de pesos moleculares. El contexto es a menudo crucial para determinar el resultado conformacional. no ha sido aún determinada Drsebasboss 30 . CAPITULO 2 debido a la dificultad basada en la insolubilidad y naturaleza heterogénea. uniendo así dos proteínas y dando lugar a la formación de agregados. El polipéptido tiende a formar agregados insolubles. una comparación del grado de despliegue cuando se incrementa la concentración del agente desnaturalizante ha revelado una transición relativamente abrupta de la forma plegada. algunas evidencias muestran que algunas partes de las hélices o giros se han convertido en hebras . permitiendo que las proteínas se plieguen. que consisten principalmente en agregados de un único polipéptido llamado Este polipéptido deriva de una proteína celular. La estructura es rica en hebras que se juntan para formar extensas estructuras de láminas paralelas. Las enfermedades priónicas pueden así contagiarse de un organismo individual a otro por medio de la transferencia de un núcleo agregado. sugiriendo que estas dos conformaciones son las únicas presentes con entidad significativa. Si se comienza con proteínas desplegadas y se quita el desnaturalizante. o desnaturalizada. En muchas proteínas. Así lo pacientes con la enfermedad de Alzheimer contienen agregados proteicos. Drsebasboss 31 . aparece un modelo para la transmisión de la enfermedad. o APP.BIOQUIMICA II. Conociendo el origen del agente infeccioso. llamados placas amiloideas. la proteína precursora del amiloide. se observa una transición brusca similar. Sin embargo. Los agregados proteicos integrados por formas anormales de PrP actúan como núcleos a los que se unen otras moléculas de PrP. o nativa. EL PLEGAMIENTO PROTEICO ES UN PROCESO MUY COOPERATIVO Las proteínas se pueden desnaturalizar por calor o por medios desnaturalizantes químicos. Las hebras de una proteína se unen a otras para formar hojas . conocidos normalmente con formas amiloideas. También se han visto fibras amiloideas en los cerebros de los pacientes con ciertas enfermedades neurodegenerativas no infecciosas tales como el Alzheimer o el Parkinson. a la desplegada. por acción de proteasas específicas. se pierden sus interacciones con el resto de la proteína. LAS PROTEÍNAS SE PLIEGAN POR ESTABILIZACIÓN PROGRESIVA DE INTERMEDIARIOS MÁS QUE POR BÚSQUEDA ALEATORIA La paradoja de Levinthal. habrá una mezcla al 50% de moléculas completamente plegadas y otras completamente desplegadas.BIOQUIMICA II. La salida a este dilema es reconocer la fuerza de la selección acumulativa. Sin embargo. Por ejemplo: una proteína está en unas condiciones en las que algunas partes de la estructura proteica son termodinámicamente inestables. Así las condiciones que producen la desestabilización de cualquier parte de la estructura proteica probablemente desenredan completamente la proteína. La esencia del plegamiento proteico es la retención de los intermediarios parcialmente correctos. la disolución contendrá moléculas medio plegadas si no que. Esta paradoja revela que las proteínas no se pliegan intentando adoptar todas las conformaciones posibles. En estas condiciones. sino que deben seguir al menos unas vías de plegado parcialmente definida por medio de ciertos intermediarios entre la proteína totalmente desnaturalizada y la estructura nativa. CAPITULO 2 La figura sugiere que el plegamiento y el desplegamiento de una proteínas en un proceso de prácticamente todo o nada que se produce por una transición cooperativa. Las consecuencias del plegamiento cooperativo se pueden ilustrar considerando el contenido de una disolución proteica en condiciones que corresponden al punto medio de la transición entre las formas plegadas y desplegadas. Sin embargo. el plegamiento proteico es mucho más difícil: Drsebasboss 32 . Cuando esta parte de la estructura plegada se desorganiza. la proteína esta medio plegada. BIOQUIMICA II. CAPITULO 2 1. 2. Las proteínas son solo ligeramente estables. Aunque esta se basa en una vía diferenciada.42 KJ mol-1 de energía a mantener el estado plegado. cada uno de los intermediarios mostrados representa un conjunto de estructuras similares y así la proteína sigue un camino genérico en vez de preciso en su transición desde el estado desenrollado al nativo. Drsebasboss 33 . Este modelo de nucleación. el criterio de exactitud no se deriva de un escrutinio residuo a residuo de la conformación por un observador omnisciente sino de la energía libre total de las especies transitorias. incluso en condiciones celulares normales. La diferencia de energía libre entre los estados plegado y desplegado de un proteína típica de 100 residuos es 42 KJ mol -1 y por ello cada residuo contribuye por media solamente en 0. sólo una de las cuales resulta en la agregación de proteínas y condiciones patológicas Un trabajo reciente ha cuestionado la universalidad de la idea de que cada secuencia de aminoácidos da lugar a una estructura para ciertas proteínas. La parte amplia del embudo para el ingreso de estructuras de ensamblaje de las moléculas proteicas desnaturalizadas. En la parte estrecha del embudo ya corresponde al estado plegado en su conformación bien definida. sugiere que ciertas vías pueden ser preferidas. La energía superficial para el proceso de plegado de la proteína puede compararse con un embudo.condensación. ALGUNAS PROTEÍNAS SON INHERENTEMENTE DESESTRUCTURADAS Y PUEDEN EXISTIR EN MÚLTIPLES CONFORMACIONES Se ha sabido por algún tiempo que algunas proteínas pueden adoptar dos estructuras diferentes. La estructura alternativa es un dímero idéntico de todas las hojas . Otra clase de proteínas que no se adhieren al paradigma es PROTEÍNAS METAMÓRFICAS. La linfotactina existe en dos muy diferentes estructuras que están en equilibrio Una estructura es característica de quimiocinas. Parecen ser especialmente importantes en las vías de señalización y regulación. cada uno de los cuales tiene una función bioquímica diferente.BIOQUIMICA II. Estas proteínas parecen existir en un conjunto de estructuras de aproximadamente la misma energía que están en equilibrio. instigando una respuesta inmunológica. total o parcialmente. un carbohidrato complejo. Cuando en esta estructura. De hecho. Un claro ejemplo de una proteína metamórfica es la quimiocina linfotactina. CAPITULO 2 Primer ejemplo es una clase de proteínas llamadas PROTEÍNAS INTRÍNSECAMENTE NO ESTRUCTURADAS (IUPs) Como sugiere su nombre. no tienen una estructura tridimensional discreta en condiciones fisiológicas. la linfotactina se une al glicosaminoglicano. Las regiones no estructuradas son cargados y polares aminoácidos con pocos residuos hidrófobos. que consiste en una hoja de tres hilos y un terminal carboxilo hélice. Las quimiocinas son proteínas de señalización pequeñas en el sistema se unen a las proteínas receptoras en la superficie de las células del sistema inmunológico. Pequeñas moléculas u otras proteínas pueden unirse a diferentes miembros del conjunto. estas proteínas. y la estructura de Drsebasboss 34 . Las actividades bioquímicas de cada estructura son mutuamente exclusivas: la estructura de las quimiocinas no puede unirse al glicosaminoglicano. resultando en varios complejos. Esta estructura se une a su receptor y la activa. un estimado del 50% de las proteínas eucariotas tienen al menos una estructura de región no estructurada de más de 30 aminoácidos de longitud. Además . LA MODIDICACION DE LA ESCICION DE LAS PROTEINAS Las proteinas son capaces de realizar numerosas funciones basandose unicamente en la versatilidades de sus 20 aminoacidos. Hormonas como la adrenalina . En la deficiencia de vitamina k. alteran las actividades alteran las actividades de las enzimas a traves de las estimulacion de la fosforilaciòn de los grupos hidroxilo de los aminoacidos serina y treonina. Drsebasboss 35 . Añadir azucares a la superficie de las proteinas.BIOQUIMICA II. notablemente. las vuelve mas hidrofílicas. la carboxilación insuficiente del glutamato de la protrombina. muchas proteinas están modificadas covalentemente para aumentar sus funciones por unión de grupos que no son aminoácidos. puede producir hemorragias. capaces de participar en interacciones. Otro aminoácido especializado producido por un cambio final es el -carboxiglutamato. y las fibras anormales resultantes de colágeno son incapaces de mantener la resistencia normal del tejido. Sin embargo. una proteina de la coagulación. La fosofoserina y fosfotreonina son los aminoácidos modificados más comunes en las proteínas. Al añadir un acido graso a un grupo amino o al grupo sulfhidrilo de una cisteina produce la proteina mas hidrofòbica. Por ejemplo. se pueden unir grupos acetilo al grupo aminoterminal de muchas proteinas. modificacion que las convierte mas resisitentes a la degradación. CAPITULO 2 hoja-b no puede activar el receptor. tanto las actividades son necesarias para la actividad biológica completa de la quimiocina. El estado biologico de esta modificacion es evidente en la enfermedad del escorbuto: deficiencia de vitamina c ocasiona una hidroxilación del colágeno. Agregar grupo hidroxilo a muchos residuos de prolina estabiliza las fibras recien sintetizadas de colágeno. estos precursores se activan por rupturas de enlaces peptídicos. la fuente de fluorescencia de algunas medusas. Los grupos fosforilo de estos tres aminoácidos se pueden liberar con facilidad.BIOQUIMICA II. tras su liberación. ejemplo. CAPITULO 2 Los factores de crecimiento como la insulina desencadenan la fosforilación de los grupos hidroxilo de los residuos de tirosina hasta formar fosfotirosina. por ellos son capaces de actuar como interruptores reversibles en la regulación de los procesos celulares Otros grupos especiales se generan por reorganización química de las cadenas laterales y a veces del esqueleto peptídico. se debe a un grupo formado por reorganización espontánea y oxidación de la secuencia ser-Tyr-Gly en el centro de la proteína Muchas proteínas se cortan y se adaptan tras la síntesis. las enzimas digestivas se sintetizan como precursores inactivos que se almacenan. Drsebasboss 36 . la ruptura de enlaces convierte el fibrinógeno soluble en fibrina insoluble. En la coagulación sanguínea. Por ejemplo.
Report "Capitulo 2-Composicion y Estructura de Las Proteinas"