2 proteínas ii
TRANSCRIPT
Estructura secundaria
Estructura terciaria
Plegamiento
14 de agosto de 2013 Dra. Ana I. Sotelo
la estructura tridimensional
de una proteína está
determinada por su secuencia
de aminoácidos
la función de una proteína
depende de su estructura
cada proteína adopta una
conformación única o unas
pocas
las fuerzas que estabilizan la
estructura de una proteína son
interacciones débiles
disposición espacial de los
átomos de una proteína
resultado de rotación alrededor
de enlaces simples implica no
romper enlaces covalentes
las conformaciones existentes
son las termodinámicamente
más estables
estructura funcional = conformación nativa
enlaces covalentes • puente disulfuro
interacciones débiles • interacción hidrofóbica • puente hidrógeno • interacción iónica
las cadenas laterales hidrofóbicas de los aminoácidos tienden a empaquetarse en el interior de la proteína
los residuos polares o cargados deben estar apareados para poder estar en el núcleo de la proteína
el enlace peptídico es más corto que los enlaces simples
los 6 átomos del enlace peptídico están dispuestos en un plano
se establece un dipolo entre el O carbonílico y el N amídico
el oxígeno C=O y el H amídico se ubican en configuración trans
el enlace peptídico no puede girar libremente
el esqueleto polipeptídico puede pensarse como una sucesión
de planos rígidos que tienen rotación en torno al Cα
la rigidez del enlace peptídico limita las conformaciones que
puede adoptar la cadena polipeptídica
un ángulo diedro es el que se forma por
interacción de dos planos
tres ángulos, fi (φ), psi (ψ) y omega (ω)
enlaces describen la rotación en torno a los
tres enlaces del enlace peptídico
fi (φ): C ̶ N ̶ Cα ̶ C
psi (ψ): N ̶ Cα ̶ C ̶ N
(omega (ω) es el enlace peptídico)
φ y ψ valen 180° cuando el ppt está
totalmente extendido y todos los enlaces pt
están en un mismo plano
Plot de Ramachandran
la representación de
Ramachandran
muestra los valores
permitidos de φ y ψ
distribución espacial local regular de la
cadena principal
• no tiene en cuenta las cadenas laterales
• en ese segmento, todos los ángulos diedros (φ y ψ)
son iguales
hélice alfa
cadena beta
giro beta
cadena al azar (random coil)
la cadena ppt se
enrolla en torno a
un eje imaginario
los restos laterales
se acomodan hacia
afuera
φ = -57 ; ψ = -47
el paso de la hélice
se da cada 3,6
residuos (5,4 A)
la hélice alfa está estabilizada por sucesivas uniones puente hidrógeno entre un oxígeno carbonílico elecronegativo y un hidrógeno unido al nitrógeno electronegativo ubicado a cuatro residuos de distancia
=> cada vuelta de hélice está unida por 3 o 4 puentes
los extremos de las hélices
son más inestables porque se
interrumpe el momento
dipolar de la hélice
por eso, los extremos suelen
tener un residuo de carga
contraria para equilibrarlo
las hélices alfa pueden ser levógiras o dextrógiras, pero en la
naturaleza solo aparecen las dextrógiras
la glicina desestabiliza a la hélice alfa porque es pequeña
la prolina desestabiliza a la hélice alfa porque es rígida
no todos los aminoácidos
pueden formar hélice alfa
los residuos cargados
deben estar
compensados en la
siguiente vuelta de hélice
otras hélices con distinto tamaño de paso son posibles
la cadena polipeptídica se disponen en pliegues
se forman enlaces de hidrógeno entre segmentos adyacentes, que
incluso pueden estar en distintas cadenas
los grupos laterales se ubican por encima o por debajo del zig-zag :.
deben ser relativamente pequeños
hoja beta antiparalela hoja beta paralela
el período de repetición es más corto
Conformación de la prolina en
los giros beta
zona donde la cadena polipeptídica cambia
de dirección
son elementos de conexión entre distintos
segmentos
ejemplo: residuos de la
piruvato quinasa de conejo
representación de la estructura secundaria
análisis de la estructura secundaria dicroísmo circular
entre los 180 y 250 nm absorbe el enlace peptídico
estructura tridimensional global de la proteína
clasificación de proteínas según su estructura
• globulares
• fibrosas
clasificación de proteínas según su función
• funcionales
• estructurales
insolubles en agua, ricas en residuos hidrofóbicos
muchas cadenas similares se empaquetan para formar
estructuras supramoleculares
presentes en cabello, lana, uñas, garras, pezuñas, cuernos, eje de las
plumas
a mayor cantidad de puentes disulfuro entre cadenas adyacentes,
mayor resistencia
la reducción y reoxidación de los puentes disulfuro de la queratina
se utilizan en peluquería para ondular o estirar el cabello
presentes en tejido conjuntivo de
tendones, cartílagos, matriz del hueso y
córnea del ojo
hélice única, levógira con tres residuos
por vuelta
tres cadenas polipeptídicas
superenrolladas en sentido dextrógiro
la secuencia corresponde a un tripéptido
que se repite: Gly-X-Y (X= Pro, Y= 4-Hyp)
los residuos de glicina
se ubican hacia el
interior de la hélice
la Pro y 4-Hyp
permiten el giro
pronunciado de la
hélice
colágeno
las cadenas de
colágeno están
entrecruzadas por
enlaces covalentes
poco frecuentes entre
residuos de Lys, HyLys
(5OH-Lys) e His
capas de hojas beta antiparalelas ricas en Gly y Ala
interacciones de van der Waals entre hojas estabilizan la estructura
global
distintas representaciones de la mioglobina
las interacciones hidrofóbicas estabilizan la estructura tridimensional
los residuos hidrofóbicos se ubican en el interior de la proteína
el núcleo hidrofóbico es muy compacto
la estructura tridimensional típica de una proteína puede considerarse
como un conjunto de segmentos con conformación de hélice alfa y hoja
beta unidos por segmentos de conexión
parte de la cadena polipeptídica plegada de modo tal que sigue siendo
estable si es separada del resto de la cadena
habitualmente no son fáciles de distinguir por las interacciones entre
dominios
cada dominio de una misma proteína puede tener una función distinta
proteínas pequeñas tienen un solo dominio (el dominio es la proteína)
motivo es un patrón de plegamiento que incluye dos o más elementos
de estructura secundaria conectados
comprende un segmento corto de proteína o a la proteína entera
puede ser estable o no si es separado de la proteína
restricciones de plegamiento
la interacción hidrofóbica estabiliza las estructuras para que los
residuos queden enterrados es necesario un mínimo de dos capas de
estructura secundaria
si coexisten hélices α y hojas β, deben ubicarse en distintas capas, ya
que no pueden formar puente hidrógeno entre ellas
segmentos contiguos se pueden encontrar cercanos en la estructura
tridimensional; segmentos lejanos pueden resultar acercados
la conformación β es más estable si los segmentos individuales están
ligeramente torsionados en sentido dextrógiro
motivos complejos
barril α/β
segmentos α y β entremezclados
segmentos α y β separados
dos o más cadenas dispuestas en complejos tridimensionales, las
subunidades
las subunidades pueden ser iguales o distintas
distintas subunidades pueden tener distinta función, por ejemplo, las
subunidades catalítica y regulatoria de una enzima alostérica
según la cantidad de subunidades son multímeros si tienen muchas,
oligómeros si tienen pocas; una sola subunidad es un protómero
simetría rotatoria
simetría helicoidal
característica de cápsides
virales
la desnaturalización de proteínas
puede ser reversible: algunas
proteínas pueden recuperar la
conformación nativa y la actividad
biológica después de ser
desnaturalizadas = renaturalización
el experimento de Anfinsen de la
ribonucleasa demuestra que la
secuencia contiene la información
necesaria para el plegamiento
adecuado de la proteína
Paradoja de Levinthal:
suponiendo que cada residuo pueda adoptar 10
conformaciones distintas, una proteína sencilla de 100 aa
tardaría 1077 años en ensayar todas las conformaciones
posibles
por lo tanto el plegamiento de proteínas no puede ser un
proceso al azar, deben existir atajos de plegamiento
modelo jerarquizado de plegamiento:
las estructuras secundarias locales se formarían primero
la formación de interacciones iónicas ayudarían en este proceso
luego se formarían estructuras supersecundarias, o asociaciones
de largo alcance
las proteínas sencillas (con interacciones de corto alcance) se
pliegan más rápido
modelo del colapso
hidrofóbico o de glóbulo
fundido:
el colapso espontáneo de la
cadena peptídica genera un
estado compacto mediado por
interacciones hidrofóbicas
es probable que el plegamiento
ocurra por combinación de
ambos modelos
chaperonas
DnaJ y DnaK de
e.coli actúan como
Hsp70 y Hsp40
se unen a zonas
ricas en residuos
hidrofóbicos del ppt
desplegado para
evitar la agregación
chaperoninas
la proteína
desplegada se une al
complejo GroEL/
GroES, donde es
plegada
enzimas
proteína disulfuro isomerasa (PDI) cataliza intercambio de
puentes disulfuro hasta que se formen los de la conformación
nativa
peptidil-prolil-cis-trans isomerasa (PPI) cataliza la conversión
cis – trans de la prolina en el enlace peptídico
amiloidosis
una proteína es secretada
de la célula mal plegada
se convierte en una fibra
extracelular amiloide
insoluble por asociación de
varias moléculas
aparece en Alzheimer,
Hungtinton y Parkinson
encefalopatías espongiformes encefalopatía espongiforme bovina o
enfermedad de la vaca loca, kuru y
Creutzfeld-Jacobs en humanos, scrapie en
ovejas
comportamiento errático, problemas
posturales, de equilibrio y coordinación,
deterioro cognitivo, muerte
Prion= proteinaceus infectious only
PrPC = proteína normal
PrPSc = proteína scrapie
la interacción PrPSc con PrPC convierte a
ésta en la primera, y por efecto dominó, a
más proteína normal en PrPSc