Proteínas

a) Funciones de las proteínas:• Catálisis.•Estructura.•Movimiento.•Defensa.•Regulación.•Transporte.•Almacenamiento.•Respuesta a agresiones.

Desde un punto de vista químico, existen dos grandes grupos de proteínas:

A) Proteínas simples: formadas exclusivamente por aminoácidos, como es el caso de la ubiquitina, una proteasa intracelular formada por 53 AA.

B) Proteínas conjugadas: que contienen además de la cadena polipeptídica un componente no aminoacídico llamado grupo prostético, que puede ser un azúcar (glucoproteínas), un lípido (liporpoteínas), o simplemente un ión inorgánico (metaloproteínas).

La proteína en ausencia de su grupo prostético no es funcional, y se llama apoproteína. La proteína unida a su grupo prostético es funcional, y se llama holoproteína (holoproteína = apoproteína + grupo prostético).

Son proteínas conjugadas la hemoglobina, la mioglobina, los citocromos, las proteínas G, etc.

b) Estructura proteica.

Niveles de organización estructural:• Estructura Primaria.•Estructura Secundaria.•Estructura Terciaria.•Estructura Cuaternaria.

Estructura Primaria.

•Corresponde a la secuencia lineal de los aminoácidos, incluyendo la posición de los puentes disulfuro.•Determina la estructura de la proteína.•Mutación: alteración de la secuencia de ADN que codifica para la secuencia de aminoácidos de una proteína. Son acontecimientos espontáneos y aleatorios. •Mutaciones conservadas: Alteración de un aminoácido por otro con la cadena lateral semejante. Muchas veces no se afecta la función de la proteína (Ej: sustitución de Leucina por Isoleucina).•Mutaciones silentes: No cambian la secuencia de aminoácidos de la proteína.•Resíduos variables: Aminoácidos que aparentemente realizan papeles inespecíficos en el polipeptido. Su mutación muchas veces no afecta la función de la proteína.

Alteración en la estructura primaria: Enfermedades Moleculares.

Drepanocitosis (anemia falciforme): Esta enfermedad es consecuencia de la mutación de un único aminoácido de la cadena de la Hemoglobina A. Debido a la sustitución de Glu por Val en el aminoácido 6 de la cadena la proteína alterada (HbS) se agrega para formar estructuras en forma de varilla en el estado desoxigenado, los eritrocitos adoptan una forma de hoz y son susceptibles a hemólisis, causando una anemia grave. Además, la capacidad de unión de Oxígeno es reducida.

Estructura secundaria.

•Plegamiento de los aminoácidos en la secuencia lineal.•Los tipos de estructura secundaria más comunes son la hélice y la lámina •Están estabilizados por puentes H entre los grupos C=O y N-H del esqueleto polipeptídico.

Hélice

•Los grupos R de los aminoácidos se extienden hacia fuera de la hélice.

•Se forman enlaces H entre el grupo N-H de cada aminoácido y el grupo C=O del aminoácido que se encuentra 4 resíduos más adelante.

Hoja plegada Conjunto de cadenas

•Se forman cuando se alinean de lado dos o más segmentos de cadenas polipeptídicas.•Cada segmento individual se denomina cadena . • En lugar de estar enrollada, cada cadena está totalmente extendida.•Las láminas plegadas están estabilizadas por enlaces H que se forman entre los grupos N-H y C=O del esqueleto polipeptídico de las cadenas adyacentes.•Existen 2 tipos: paralelas y antiparalelas.•Láminas plegadas paralelas: Las cadenas están colocadas en la misma dirección.•Láminas plegadas antiparalelas: las cadenas están ubicadas en direcciones opuestas. Son más estables que las láminas plegadas paralelas.•En ocasiones se observan láminas plegadas paralelas y antiparalelas mezcladas.

Láminas plegadas antiparalelas

Láminas plegadas paralelas

Las láminas plegadas paralelas y antiparalelas pueden estar mezcladas

Vueltas

Son una secuencia de 4 aminoácidos que revierten completamente la dirección de la cadena polipeptídica. Esto ocurre vía unión de puentes H entre los residuos 1 y 4.

Estructuras supersecundarias

Unidad Meandro Unidad Barril Llave griega

Unidad

Estructura Terciaria.

• Es la conformación tridimencional única que adopta cada proteína para plegarse en su estructura nativa con actividad biológica.•Se produce como consecuencia de interacciones entre las cadenas laterales en la estructura primaria.•Los polipéptidos en general se pliegan de forma que los residuos de aminoácidos distantes en la estructura primaria quedan cerca.•En las proteínas globulares debido a su naturaleza compacta la mayoría de las moléculas de agua quedan excluidas del interior de la proteína permitiendo las interacciones entre los grupos polares y apolares.•Los dominios son segmentos estructurales independientes en las proteínas y que poseen funciones específicas. Según sus elementos de estructura secundaria que estén presentes, se encuentran los dominios , dominios , dominios y dominios

Dominios representativos de las proteínas.

Presente en la proteína de unión a retinol humana

Interacciones no covalentes que estabilizan la estructura terciaria

Estructura Terciaria de la Proteína Adenilato quinasa.

Modelo espacial: Determina el volumenOcupado y la forma espacial.

Modelo de cintas

Estructura cuaternaria.

• Adoptan esta estructura polipéptidos con varias subunidades. Subunidad: Cadena polipeptídica que se pliega de manera independiente y

que es capaz de interaccionar con otras cadenas polipeptídicas o subunidades.

• Oligómeros: Proteínas con varias subunidades, en las que alguna o todas las subunidades son idénticas.

• Razones por las cuales existen proteínas con varias subunidades:a) La síntesis de subunidades aisladas es mas eficaz para aumentar la longitud

de una única cadena polipeptídica.b) En los complejos supramoleculares, como las fibras de colágeno, la

sustitución de componentes más pequeños gastados o dañados puede realizarse de manera más eficaz.

c) Las interacciones complejas de varias subunidades sirven para regular la función biológica de una proteína ( Ej. Alosterismo).

• Las subunidades polipeptídicas se mantienen unidas entre si a través de interacciones no covalentes ( interacciones hidrofóbicas, electrostáticas, enlaces de Hidrógeno) y covalentes ( puentes disulfuro).

Estructura terciaria y cuaternaria de la Hemaglutinina

Denaturación de proteínas.

•Es la pérdida de la estructura tridimencional de una proteína, sin incluir la ruptura de los enlaces peptídicos.•La molécula denaturada puede perder de manera total o parcial su función biológica.•Puede ser un proceso irreversible o reversible.•Puede ser causada por agentes físicos o químicos.

Denaturación reversible: Experimento de Anfinsen.

La estructura tridimensional de un péptido está dada por la secuencia polipeptídica.

Agentes denaturantes:

•Ácidos y bases fuertes: Debido a la protonación de las cadenas laterales y alteración de puentes H y enlaces disulfuro.•Disolventes Orgánicos: Los disolventes orgánicos hidrosolubles como el Etanol intervienen con las interacciones hidrofóbicas, ya que interaccionan con los grupos R apolares y forman enlaces H con el agua y los grupos polares de la proteína.•Detergentes: Rompen las interacciones hidrofóbicas, para que se desplieguen las proteínas en cadenas polipeptídicas extendidas. •Agentes reductores: En presencia de Urea los agentes reductores como -Mercaptoetanol convierten los puentes disulfuro en grupos sulfhidrilo. La Urea rompe los enlaces hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas.•Concentración salina: La unión de los iones salinos a los grupos ionizables de la proteína disminuye la interacción entre los grupos con carga opuesta sobre la molécula proteica. Las moléculas de agua entonces pueden formar esferas de solvatación alrededor de estos grupos. A altas concentraciones de sales las moléculas de proteínas precipitan.•Iones metálicos pesados: Los metales pesados como Hg++ y Pb++afectan de varias maneras la estructura proteica, rompiendo puentes salinos.•Cambios de temperatura: Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de vibración molecular, rompiéndose las interacciones débiles. •Agresión mecánica: Las acciones de agitación y trituración rompen las fuerzas que mantienen la estructura proteica.

Hidrólisis proteica o proteólisis.

.- Es la degradación de las proteínas (Ruptura del enlace peptidico).

.- En la célula la hidrólisis proteica es catalizada por enzimas.