Proteínas

Marijose Artolozaga Sustacha, MSc

Proteínas:

Son polímeros de aminoácidos unidos

por ENLACES PEPTÍDICOS:

Grupo a-carboxilo de aá 1

Grupo a-amino de aá 2

Se libera agua

– CO – NH –

Extremo carboxilo (C)

Extremo amino (N)

Carbono a

Extremo amino (N) y extremo carboxilo (C)

- Dipéptido: 2 aá unidos por enlace peptídico

- Tripéptido: 3 aminoácidos

- Oligopéptido: entre 4 y 100 aá

- Polipéptido: entre 100 y 10.000 aá

- Proteína > 10.000 aminoácidos

Las cadenas polipeptídicas son flexibles

y forman una espiral aleatoria que toma diferentes

formas dependiendo de enlaces o fuerzas entre

átomos y grupos

1. Enlaces covalentes • enlace peptídico • puente disulfuro (cistina)

Fuerzas que estabilizan la

estructura de las proteínas:

2. Fuerzas no covalentes • enlaces iónicos (electrostáticos) • enlaces o puentes de hidrógeno • interacciones hidrofóbicas • fuerzas de van der Waals

1. Enlaces covalentes

Tienen hasta 80 veces más fuerza de

enlace que los enlaces no covalentes

Puente disulfuro Estabiliza la estructura tridimensional de las

proteínas

Es un enlace covalente

Interacciones electrostáticas

Fuerzas de

• repulsión – cargas del mismo signo

• atracción – cargas opuestas

= enlaces iónicos o salinos

2. Fuerzas no covalentes

Los enlaces iónicos

Son más fuertes en el interior de las

proteínas que entre ellas

Los grupos cargados son abundantes

en la superficie de las proteínas,

donde están estabilizadas por el agua

y no interactúan entre sí

Asp –, Glu –, Lis+, Arg+, His+

Puentes de Hidrógeno

H unido covalentemente a

un átomo electronegativo

(donador) se comparte con

otro átomo electronegativo

(aceptor)

•Entre N-H y O=C de los

enlaces peptídicos

•Entre átomos de grupos

laterales de aá polares

•Con el agua

Interacciones Hidrofóbicas Son las fuerzas no covalentes más importantes

que hacen que un polipéptido se pliegue en su

estructura funcional

Los grupos no polares no se atraen pero,

cuando se juntan, el área de superficie en

contacto con el agua se reduce,

desplazando agua al grueso del

disolvente

•Aumenta la entropía •Termodinámicamente favorable

Fuerzas de van der Waals-London

Son las fuerzas no covalentes más débiles

Pero muy importantes para la formación de la

estructura de las proteínas

Depende mucho de la distancia entre los átomos

4 niveles de estructura:

Estructura primaria:

Secuencia de aminoácidos

Estructura secundaria: Conformación en láminas o hélices Estructura terciaria: Conformación espacial tridimensional Estructura cuaternaria: Unión de subunidades

Estructura primaria, secundaria, terciaria

y cuaternaria de la hemoglobina

Tipos de proteínas según su forma • Fibrosas

• Colágeno • Queratina • Fibroína - seda

• Globulares (=Globulinas) • Hemoglobina • Mioglobina • Inmunoglobulinas • Muchas enzimas

E1 - E2

E1 - E2 - E3 -

(E4)

Estructura primaria:

La secuencia de los aá

unidos por enlace peptídico (covalente)

Así se sintetizan las proteínas

Es lo que se codifica en el ADN

Suele incluir los puentes disulfuro

Algunas hormonas proteicas sólo tienen Estructura Primaria: • Insulina, vasopresina (hormona antidiurética), secretina y otras

hormonas digestivas

La E1 de una proteína determina

Su estructura

Su mecanismo de acción

Su función

Su relación con otras proteínas de

función fisiológica similar

Ejemplos

Ej. E1 de la Insulina

La E1 de las insulinas de distintas

especies animales es casi idéntica,

excepto en 4-5 posiciones de aá:

>> La E1 de una prot es esencial para su función

Ej. E1 de la Hemoglobina en la Anemia falciforme

La E1 de la hemoglobina normal y la de la que produce

células falciformes se diferencia sólo en un aá: (<<mutación de

una sola base del ADN)

Se cambia un Glutamato (polar) por una Valina (apolar) en

la molécula de globina b.

>> La E1 de una proteína es esencial para su función

Estructura secundaria:

Es el plegamiento tridimensional local

Se debe a los enlaces de H entre los NH y C=O de enlaces peptídicos distantes

Las más estables son 2:

Hélice a

Hoja plegada b

Las proteínas fibrosas sólo tienen E1 y E2 (especiales)

Generalmente funciones estructurales

Pte de H entre aá de la misma

molécula (cada 3 aá)

• Hélice a

Ej. Proteínas fibrosas:

Miosina, queratina,

colágeno

• Hélice a

Ej. Queratina del pelo, uñas, etc

ej. Colágeno de tendones y ligamentos

• Hélice a - tipo cable:

Contiene mucha cantidad de:

•Glicina

•Prolina o Hidroxiprolina

•Hidroxilisina

ej. Colágeno de tendones y ligamentos

Modificaciones:

-Hidroxilaciones < vitamina C

-Grupos carbonilo

perpendiculares crean ptes de H

muy fuertes entre cadenas

Ptes de H entre aá de dos cadenas o regiones

similares distantes

Alineadas en dirección paralela o antiparalela

• Hoja plegada β

Ej. Proteína fibrosa:

Fibroína de la Seda

Ej. Proteína fibrosa: Fibroína de la Seda

Estructura terciaria:

• Describe la posición de cada uno de sus átomos

en el espacio, tridimensional

• Para las proteínas globulares

• Átomos muy separados entre sí en la estructura

primaria aparecen juntos en el espacio

• Grupos laterales apolares aparecen juntos en el

interior de la molécula lejos del agua

• Grupos ionizados se encuentran en el exterior

OJO! En proteínas solubles en medio acuoso

¡OJO!

Proteínas de membrana:

Las proteínas globulares combinan hélices a,

hojas b y giros y bucles para formar su E3

Regiones compactas semiindependientes

en que se pliegan frecuentemente las

cadenas polipeptídicas largas

Entre 100 - 150 aá consecutivos

Núcleo apolar interno y exterior polar

Interconectados por segmentos de cadena

sin estructura secundaria regular

Pueden tener una tarea o función

Dominios

Los dominios pueden presentarse

globulares y separados por una hendidura

Frecuentemente en esta hendidura se

encuentra el sitio funcional de la molécula

(enzimas)

con grupos laterales pertenecientes a

varios dominios – alejados en la secuencia

Dominios

Los dominios pueden moverse unos con

respecto a otros

Ej.

Hexoquinasa cataliza la fosforilación de

Glucosa por ATP:

Sitio de unión de glucosa: entre dos dominios

Cuando se une, los dominios se cierran y

la atrapan para su fosforilación

Hexoquinasa

+ Glucosa libre

Hexoquinasa con

Glucosa unida al

centro activo

Cada dominio puede tener diferente

tarea dentro de las funciones de la

misma proteína

Por ejemplo:

En las enzimas alostéricas:

Los sitios alostéricos y los sitios

catalíticos pueden estar en distintos

dominios de la misma proteína

Estructura cuaternaria: • Algunas proteínas poseen subunidades

• Las subunidades tienen estructura tridimensional (E3)

• Estas interactúan entre sí formando una estructura

funcional cuaternaria (E4)

•Ej. Interacciones entre las 4 subunidades de la

Hemoglobina

La hemoglobina transporta el O2 de los pulmones a las

células y el CO2 de vuelta, con ayuda del grupo Hemo

La mioglobina almacena el O2 en los músculos con

ayuda del grupo Hemo; se usa en ejercicio extenuante

Mioglobina

Sólo E3

Cadena b de la

Hemoglobina HbA1

Parte de su E3

Las estructuras globales son muy parecidas, excepto en los extremos N y C terminales

Estructura cuaternaria de la Hemoglobina:

• 4 subunidades:

2 a y 2 b

• 4 grupos Hemo

Ej. Cooperatividad positiva de la

Hemoglobina

• La fijación de un O2 a la primera subunidad de

desoxi-hemoglobina facilita a fijación de O2 a las

otras subunidades

• Y la disociación de un O2 de la Hb totalmente

oxigenada facilitará la disociación de O2 de las

otras subunidades

Interacciones entre subunidades, en

proteínas con E4:

Interacciones entre subunidades, en

proteínas con E4:

Ej. Algunas enzimas alostéricas tienen:

• Subunidades alostéricas

• Subunidades catalíticas

• La fijación de un activador alostérico facilita la

unión del sustrato en la subunidad catalítica

• La fijación de un inhibidor alostérico dificulta la

unión del sustrato en la subunidad catalítica

Conformación nativa Es la conformación tridimensional (secundaria,

terciaria y cuaternaria) que adopta

espontáneamente cada proteína a partir de su

estructura primaria.

-en las condiciones de disolución correctas

-en presencia de sus grupos prostéticos (*)

Las proteínas chaperonas aumentan la velocidad

del plegamiento proteico hacia su forma nativa

Es la conformación funcional

Desnaturalización

• Pérdida de la E2, E3 y/o E4 nativas

• Normalmente NO se rompe la E1

• Implica pérdida de la función de la proteína

• Causas fisiológicas:

• cambio de pH

• cambio de fuerza iónica

• cambio de temperatura

• la unión de grupos prostéticos, cofactores y

sustratos influye en estabilidad

Métodos experimentales de

desnaturalización de proteínas:

• Adición de:

• Base fuerte

• Ácido

• Disolvente orgánico

• Urea

• Detergentes

• Calentamiento (>60ºC)

• Congelación / descongelación

Métodos para el estudio de proteínas

Para el estudio de una proteína de interés, primero

es importante extraerla y purificarla:

•ejemplo:

• Romper las células que la contienen

• Eliminar otras moléculas: lípidos, ácidos

nucleicos…

• Precipitar y eliminar otras proteínas

• Cromatografías para purificarla

Ya pura, se puede a veces cristalizar, para poder ver

su estructura tridimensional por difracción de rayos X

Métodos para el estudio de proteínas La caracterización de una proteína incluye datos

como:

• Peso Molecular

• Estructura cuaternaria (subunidades)

• Estructura tridimensional

• Secuencia y composición de aá

• Cofactores que se le unen

• Función o actividad

• pH y temperatura óptimos

• Especificidad de sustrato (enzimas)

• etc

Métodos para el estudio de proteínas Métodos de determinación del Peso Molecular:

• Ultracentrifugación (Svederg)

• Centrifugación en gradiente de sacarosa

• Filtración en gel = cromatografía

• Microscopio electrónico (las muy grandes)

• Electroforesis en gel de poliacrilamida, PAGE:

• Las moléculas cargadas se mueven entre dos electrodos

y se separan en un gel con cierta porosidad

• El gel se tiñe con azul de Commassie o plata Ag+ para

visualizar las bandas

Métodos para el estudio de proteínas Electroforesis en gel de poliacrilamida, PAGE:

Las proteínas se desnaturalizan hirviéndolas con SDS y

mercaptoetanol:

•mercaptoetanol se separan las subunidades

•SDS todas con carga negativa y forma similar

Proteínas se separan según su tamaño, no su carga

• Para determinar el PM de la proteína: Se compara

con la separación de proteínas con PM definido}

Electroforesis tiene muchos más usos

Tipos de proteínas según su composición

• Proteínas simples: Sólo aá (Albúmina)

• Glicoproteínas: Carbohidratos (Inmunoglobulinas)

• Nucleoproteínas: Ácidos nucleicos (Cromosomas)

• Lipoproteínas: Lípidos (proteínas de membrana, Quilomicrones, HDL)

• Cromoproteínas: Grupo prostético coloreado Hemoglobinas- Hemo rojas

Flavoproteínas- FAD amarillas

etc…

Más ejemplos

de péptidos y proteínas

Ej. Aspartamo

Ej. Glutatión

Ojo!

Éste no es el

carboxilo a

Ej. Secretina y gastrina

Enzima

Porfobilinógeno Sintasa de

Pseudomonas aeruginosa

Ej. Estructura

cuaternaria muy

compleja

Ej. Inmunoglobulinas, anticuerpos

• Son glicoproteínas

Complejo antígeno-anticuerpo

Ej. Inmunoglobulinas

Ej. Caseína

Hidrólisis por la renina

•Aá hidrofóbicos

•Micelas

•Fosfato de calcio

•Hidrolizado más insoluble:

precipita o “coagula”

Ej. Ovoalbúmina

•Estructura terciaria globular

•Se desnaturaliza por el calor

Ej. Gelatina colágeno

Ej. Lipoproteínas!!

Ej. Actina y miosina