PROTEÍNAS

POLÍMEROS DE AMINOÁCIDOS

PRODUCTOS NATURALES que contienen N son esenciales para la vida de los animales

En 1839 se los denominó PROTEÍNAS (del griego proteios que significa PRIMARIO)

Las proteínas juegan un papel CENTRAL en la BIOQUÍMICA y los AMINOÁCIDOS se consideran

moléculas antiguas y ubicuas

ESTRUCTURA DE LOS AMINOACIDOS

Todas las proteínas están formadas por 20 AA

No todas las proteínas contienen los 20 AA simultáneamente

-aminoácidos

-NH2 -COOHamino primario

como sustituyente en el carbono

adyacente al grupo carboxílico

estereoquímica

Los aminoácidos son compuestos ópticamente activos (excepto Gly), sus moléculas son asimétricas debido a la presencia d átomos de C quirales

Los átomos quirales dan origen a enantiómeros que son INDISTINGUIBLES desde el punto de vista químico y físico por la mayoría de las técnicas excepto cuando se prueba su asimetría(ej luz polarizada y reactivos con centros quirales)

Estereoquímica

Los aminoácidos se designan según la convención de Fischer en L-AA o D-AA por comparación de su estructura espacial con los isómeros del gliceraldehído (estereoisómeros)

D-glyceraldehydeL-

glyceraldehyde

NH3+

R

NH3+

R

Proyecciones de Fischer

D-aminoácido L-aminoácido

AA con cadenas laterales no polares

AA con cadenas laterales polares no cargadas

AA con cadenas laterales polares cargadas CH2

+NH3

CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOACIDOS

A PARTIR DE LAS POLARIDADES DE SUS CADENAS LATERALES

AA con cadenas laterales no polares (9 aa )Glicina: cadena lateral más pequeña posibleAlanina, Valina, Leucina, Isoleucina : cadenas carbonadas alifáticasMetionina: posee un tioéter (semejante a un grupo n-butilo, el S tiene el tamaño semejante a un grupo –CH2-)Prolina: contiene un grupo cíclico pirrolidinaPhenilalanina y Triptofano: ccontienen grupos aromáticos (fenilo e indol)

AA con cadenas laterales polares no cargadas poseen grupos hidroxilo, amido o tiolSerina y Treonina: grupo hidroxiloAsparagina y Glutamina: grupo amidaCisteína: grupo tiol

AA con cadenas laterales polares cargadas Pueden tener cargas negativas o positivas a valores fisiológicos de pH

Aminoácidos ácidos: (cargas negativas) ácido aspártico y ácido glutámico

Aminoácidos básicos: (cargas positivas) lisina (butilamonio), arginina (guanidinio), histidina (imidazol)

Ejemplos de moléculas quirales usadas en la industria farmacéutica

Ibuprofeno (el enantiómero opuesto no presenta actividad biológica)

Talidomida (el enantiómero opuesto presenta actividad biológica y es tóxico)

Derivados de aminoácidos

a)MODIFICACIONES DE CADENAS LATERALES

O PO32- -OOC COO-

CH2 CH

NH CH CO CH2

NH CH CO O-fosfoserina

-carboxiglutamato

b) DERIVADOS DE AMINOÁCIDOS

GABA

HISTAMINADOPAMINA

TIROXINA

GLUTATION

c) PÉPTIDO BIOLÓGICAMENTE ACTIVO

Los grupos -NH2 y –COOH se ionizan fácilmente

pKa COOH ~ 2,2 a pH fisiológico COO-

pKa NH2 ~ 9,4 a pH fisiológico NH3+

Los aminoácidos pueden actuar como ácido-bases

y se conocen como iones dipolares o zwiteriones

Propiedades ácido-baseLos aminoácidos tienen DOS o más residuos ionizables

PUNTO ISOELÉCTRICO

pH al cual la molécula no tiene carga neta y se calcula usando las constantes involucradas en la formación de la especie neutra

enlace peptídico

Los AA pueden polimerizarse y formar cadenas (reacción de condensación).

Los polímeros formados se llaman:DipéptidosTripéptidosOligopéptidosPolipéptidos

nomenclaturaaminoacil-aminoacil-…-aminoácido

PROTEÍNAS: CONFORMACIÓN NATIVA proteína en su conformación funcional y

plegada ESTRUCTURA PRIMARIA

Es la secuencia de aminoácidos de su cadena polipeptídica o cadenas si está formada por más de una. Cada aminoácido está unido al siguiente

por un enlace peptídico.

Existen 20n secuencias posibles

Proteína de 100 AA 20100= 1.27 x 10130

Péptidos hasta ~ 40 residuos

Proteínas: entre 100 y 1000 AA

Hay proteínas que contienen varias subunidades(iguales o no)

Cinco aspectos importantes a tener en cuenta

1)La estructura tridimensional de una proteína está determinada por su secuencia de AA

2)La función de una proteína depende de su estructura

3)Una proteína aislada adopta una única forma estructural

4)Las fuerzas más importantes que estabilizan la estructura tridimensional de una proteína son las interacciones no covalentes

5)Existen patrones estructurales comunes

PROTEÍNAS: ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL

ESTRUCTURA SECUNDARIA

Es el ordenamiento espacial de un esqueleto de átomos del polipéptido , comprende los patrones de plegamiento de las cadenas polipeptídicas.

GRUPO PEPTÍDICO

Tiene una estructura planar rígida como consecuencia del carácter resonante del enlace peptídico

O O-

C C N N

H H

+

Los péptidos asumen la conformación TRANS

GRAFICO DE RAMACHANDRAN

HÉLICE alpha

Es una hélice dextrógira , tienen 3.6 residuos por giro y un paso de hélice de 5,4 A

CINCO TIPOS DE RESTRICCIONES AFECTAN LA HÉLICE ALFA

1)Tendencia intrínseca de cada AA a formar una hélice

2) Interacciones con los grupos R

3)Volumen de los grupos R adyacentes

4)Presencia de residuos Pro y Gly

5)Interacciones de residuos en los extremos de la hélice y el dipolo inherente a la hélice alfa

HOJA beta

Los enlaces de hidrógeno se producen entre las cadenas polipeptídicas vecinas

Hoja beta antiparalela

Hoja beta paralela

Estructura Proteica NO repetitiva

La mayoría de la proteínas son GLOBULARES y contienen estructuras secundarias diferentes incluyendo regiones irregulares .

En ciertas condiciones las proteínas presentan una estructura desordenada y fluctuante (no son hélices u hoja sino simplemente irregulares y difíciles de describir)

Giros beta

MOTIVOS ESTRUCTURALES O ESTRUCTURAS

SUPERSECUNDARIAS Es la combinación variada entre elementos de la estructura secundaria (hélices alpha y hojas beta). Puede tener una función o pertenecer a una unidad funcional mayor denominada DOMINIO

Hélice-giro-hélice

Coiled-coil Leucine zipper

Horquilla beta Beta-alpha-beta Barril beta

DOMINIO: es la unidad estructural básica de una proteína o unidades que componen a una proteína

La mayoría de las proteínas presentan más de un dominio. Los dominios y la naturaleza de sus interacciones determinan la función de la proteína

DOMINIOS

Proteína multidominio o supradominios

•es una unidad estructural espacialmente separada•puede tener semejanza estructural o de secuencia con otro dominio•puede tener o no una función asociada

UN DOMINIO TRES DOMINIOS

FAMILIAS de proteínas

Las proteínas pueden agruparse en familias según los patrones de plegamiento o según el número de dominios estructurales.

PROTEÍNAS FIBROSAS

En general tienen papel de soporte, protector o conectivo en los organismos vivos. Son proteínas muy extendidas con un solo tipo de estructura secundaria

QUERATINA

COLÁGENO

Es una triple hélice y está presente en todos los animales multicelulares y es la proteína más abundante de los vertebrados. Sus fibras son resistentes y forman parte de los tejidos conectivos de huesos dientes cartílago tendones y las matrices de los vasos sanguíneos y piel. Hay diferentes tipos de colágenos en el mismo individuo y uno de los más comunes es el COLÁGENO tipo I. (tiene dos cadenas 1 y una 2)

Estructura terciaria

Es el plegamiento de los elementos de la estructura secundaria y determina la posición tridimensional de cada átomo en la proteína.

La ubicación de las cadenas laterales varía con la polaridad

Val, Leu, Ile, Met y Phe se ubican mayormente en el interior de una proteína lejos del solvente acuoso

Arg, Hiy, Lys, Asp, Glu se ubican generalmente en la superficie en contacto con el solvente acuoso.

Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr normalmente están en la superficie o formando puente hidrógeno en el interior de la proteína

Los polipéptidos con secuencias similares tienden a formar plegamientos similares (citocromo c de atún y arroz -59% de homología)

Estructura cuaternaria

Es el ordenamiento espacial de las subunidades que componen una proteína multimérica.

Consecuencia: el aumento del tamaño de una proteína mediante asociación de subunidades es más eficiente que el aumento de la longitud de una cadena polipeptídica única.

Las subunidades (idénticas o no) se asocian en general en forma NO covalente

OLIGÓMEROS: proteínas con más de una subunidad (EJ. HB 22)

PROTÓMEROS: unidades idénticas de una proteína oligomérica ()

Estructura cuaternaria

Las subunidades se asocian en forma simétrica . Cada oligómero ocupa una posición equivalente desde el punto de vista geométrico. Las proteínas tienen SIMETRÍA ROTACIONAL

SIMETRÍA CÍCLICA SIMETRÍA DIÉDRICA SIMETRÍA TETRAÉDRICA

Estabilidad de la estructura proteica

La estructura proteica es el resultado de un equilibrio delicado entre distintas fuerzas que estabilizan su estado plegado

EFECTO HIDROFÓBICO:es para minimizar el contacto con el agua provoca la agregación de los residuos no polares en el interior de las proteínas.PERFIL DE HIDROPATÍA:Tendencia hidrofílica e hidrofóbica de los residuos aminoácidos que forman parte de una proteína

Interacciones electrostáticas

Fuerzas de van der Waals

Enlaces de Hidrógeno

Par iónico

Entrelazamiento químico Puentes disulfuro Dedos de Zn

DESNATURALIZACIÓN y RENATURALIZACIÓN de las PROTEÍNAS

Toda alteración en el equilbrio de las fuerzas no enlazantes que mantienen la conformación nativa de la proteína provoca la desnaturalización

Calentamiento

Variación de pH

Detergentes

Agentes caotrópicos (ión guanidinio- urea)

La información para el plegamiento está contenida en la estructura

primariaChristian Anfinsen y la ribonucleasa A

RELACIÓN ESTRUCTURA FUNCIÓN

MIOGLOBINA y HEMOGLOBINA

La complejidad estructural y la variedad de las proteínas permite la existencia de un espectro muy amplio de tareas biológicas especializadas

MIOGLOBINA

Proteína intracelular pequeña presente en el músculo de vertebrados actúa como proteína ligadora de oxígeno.

153 residuos de AA dispuestos en 8 hélices alpha forman una proteína globular que contiene un grupo prostético HEMO

Grupo prostético: COMPONENTE NO AMINOACíDICO que forma parte de la estructura de la proteína unido covalentemente

HEMO

FUNCIÓN de la MIOGLOBINA

Facilitar la difusión de O2 en el músculo facilitando la solubilidad efectiva del gas en las células musculares y actúa como reservorio molecular especialmente en mamíferos acuáticos (ballenas y focas)

[Mb] [O2] [MbO2]

K=

Mb + O2 MbO2

[MbO2] [Mb] + [MbO2]

YO2 =

[Mb] [O2] / K [Mb] + [Mb] [O2] /K

YO2 =

[O2] K+ [O2]

YO2 = pO2 K+ pO2

YO2 =

HEMOGLOBINA

Proteína intracelular presente en los eritrocitos que permite el transporte y la cesión de O2 a los tejidos .

22 unidas por enlaces no covalentes

PROTEÍNA ALOSTÉRICA:

La unión de un ligando afecta las propiedades de unión de otro sitio de la misma molécula induciendo cambios

estructurales en la proteína

HOMOTRÓPICA: ligando y modulador son idénticosEsto se asocia frecuentemente a cooperativismo

HETEROTRÓPICA: modulador distinto al ligando. Efecto resultante puede ser positivo o negativo

(cooperativo o antagonista )