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TEMA 2.3.- PROTEINAS. Contenido: ü Niveles estructurales de las proteínas. ü Estructura primaria: Relación estructura función y evolución molecular. ü Estructura secundaria. ü Estructura terciaria: La molécula de mioglobina. ü Estructura cuaternaria: Hemoglobina y Cooperatividad. ü Comportamiento de las proteínas en disolución. Purificación y caracterización de proteínas.

Funciones biológicas

Enzimas Actividad catalítica Transporte Hemoglobina

Lipoproteínas Transportadores de membrana

Nutrientes Caseína (leche)

Ovoalbúmina (huevo) Contráctiles Actina

Miosina Estructurales Colágeno

Elastina Queratina

Defensa Inmunoglobulinas Regulación Hormonas

Proteínas G

Tamaño de las proteínas

Numero medio de aminoácidos 2.000 Numero de cadenas > 1 Masa molecular 10.000 y 106

(PM/110 = nº aa)

1 secuencia única→1 proteína→1 estructura unica→1 función única

Funciones diferentes → Secuencia de aminoácidos diferente Funciones similares → Secuencia de aminoácidos similares Cambio en secuencia → Alteración en la función Cambios permitidos → No alteran la función

La secuencia de aminoácidos informa sobre:

ü Estructura tridimensional ü Función ü Localización ü Evolución

Proteínas homologas

• Guardan relación evolutiva

• Misma función en especies diferentes

• Residuos invariables

• Residuos variables (evolución de las especies)

Secuencias de aminoácidos de la mioglobina de cachalote y humana

Árbol evolutivo del Citocromo C

Niveles de estructuras en las proteínas

Herrera

Enlace peptídico. Naturaleza de doble enlace

Enlaces peptídicos separados por carbono alfa

Ángulos de referencia (0º)

Representación de Ramachandran

Hélice alfa a) Hélice alfa dextrógira b) Enlaces de hidrogeno intracatenarios

Hélice alfa. Vista superior

Hélice alfa compacta

Hélice dextrógira y levógira

Estabilidad hélice alfa troponina C

Arg 103

Asp 100

Esqueleto polipeptídico

Dipolos eléctricos en la hélice alfa

Hoja beta antiparalela

Hoja beta paralela

Giros beta

Giro beta

Alfa queratina

Sección transversal de un cabello

Microfibrilla de alfa queratina

Protofibrilla de alfa queratina

Cadena alfa del colágeno Giro levógiro Gly-X-Pro Gly-X-Hyp

Modelo de esferas de la cadena alfa

Giro dextrógiro de tres cadenas levógiras

Superhélice de colageno (vista superior)

Glicina

Estructura de las fibrillas de colágeno

Enlaces de hidrogeno y de entrecruzamiento del tropocolágeno

Biosíntesis y ensamblaje de una fibra de colágeno

Formación de la molécula de tropocolágeno

Elastina. Conformación al azar

Unidad elemental: Tropoelastina PM 72.000 Rica en Gly, Ala y Lys Hélice " rica en Gly Entrecruzamiento covalente: Desmosina

Estructura de la red de elastina

Entrecruzamiento de las cadenas polipeptídicas de elastina

Entrecruzamiento de tropoelastina

Fibroína de la seda

Estructura terciaria

Albumina sérica humana 64.500 Kda, 585 aa

Estructura terciaria de la mioglobina

Esqueleto polipeptídico y estructura secundaria

PM 16.700 153 aa; Hemo Almacenamiento O2

Estructura terciaria de la mioglobina

Estructura de la superficie

Estructura terciaria de la mioglobina

Imagen de contorno de la superficie

Estructura terciaria de la mioglobina

Representación de cintas

Aminoácidos hidrofóbicos

Grupo Hemo

Estructura tridimensional del citocromo C

Estructura tridimensional de la lisozima

Estructura tridimensional de la Ribonucleasa

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Estructuras supersecundarias (Motivos o plegamientos)

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Patrón de plegamiento estable en proteínas

Construcción de macrodominios

Clasificación de proteínas según el banco de datos de la Strucutral Classification of Proteins (SCOP)

Todo alfa

Todo beta

Alfa/Beta

Alfa + Beta

Desnaturalización de proteínas

Renaturalización

Ruta simulada de plegamiento

Villina (36 aa) Plegamiento simulado 1 ms

E. Coli Proteína activa100 aa 5 s 37ºC

1 aa 10 conformaciones 10 100 Conformaciones posibles

s 77 1 conformación 10 -13 Todas las conformaciones posibles 10 años

Termodinámica del plegamiento de una proteína

Chaperonas en plegamimento de proteínas

Chaperoninas en el plegamiento de proteínas

Complejo GroEL/GroES

Proteína disulfuro isomerasa (PDI) Péptido prolil cis-trans isomerasa (PPI)

Enzimas que catalizan reacciones de isomerización

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Estructura cuaternaria de la desoxihemoglobina

Desoxihemoglobina 64,5 Kda; 4 subunidades (2 alfa 141 aa y 2 beta 146 aa)

Estructura cuaternaria de la desoxihemoglobina

Eritrocitos normales

Anemia falciforme

Hemoglobina normal y falciforme

Cambio de Glu por Val

Formación de fibras insolubles

Anillo de protoporfirina IX

Representaciones del grupo Hemo

Enlaces de coordinación del hierro

Vista lateral del grupo Hemo

Estructura de la mioglobina

Unión de oxigeno a la mioglobina

MbO2 Mb + O2 Mb + O Kd

Kd = Kd = [Mb][O2] [MbO2]

Unión reversible del O2 a la Mioglobina

[MbO2] = [Mb] pO2 Kd = =

[Mb] pO2 [MbO2]

Fracción de saturación Y

[MbO2] Y = 2[MbO2] [Mb] +

pO2 Y =

pO2 Kd +

pO2 Y = 1

pO2 = Kd Y = 0,5

pO2 Y =

pO2 Kd +

pO2 =

pO2 P50 +

pO2 =

P50 =

Y 1-Y

lg Y 1-Y

Y 1-Y

= lg pO2 – lg P50

Curva de unión sigmoidea del O2 a la hemoglobina

Unión reversible del O2 a la Hemoglobina

Hb(O2)4 Hb + 4 O2

Kd = Kd = [Hb][O2]4

[Hb(O2)4] Y =

[pO2]4

= Y = [pO2]4 [P50]4 +

pO2 =

P50

Y 1-Y

pO2=

P50 =

n lg Y

1-Y Y

1-Y = n lg pO2 – n lg P50

n = Coeficiente de Hill n = 1 No existe cooperatividad

n > 1 Cooperatividad positiva

Grafico de Hill para la unión del O2 a la mioglobina y hemoglobina

Curva de unión sigmoidea del O2 a la hemoglobina

Interacción del grupo hemo con los aminoácidos próximos

Interacciones dominantes entre las subunidades de la hemoglobina

Detalle de una molécula de desoxihemoglobina en estado T

Transición T a R

Cambios conformacionales en el entorno del grupo hemo por la unión de O2

Modelos para la interconversión de formas activas e inactivas de proteínas con unión cooperativa a ligando