Unidad IICONFORMACIÓN Y FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Grado en Ciencia y Tecnología de los AlimentosBioquímica - Curso 2010-11

Tema 3. Introducción a las proteínas1. Función e importancia biológica de las proteínas

2. Aminoácidos

3. Enlace peptídico y péptidos

3.1. Péptidos

3.2. Polipéptidos como polianfolitos

3.3. Propiedades del enlace peptídico

3.4. Estabilidad del enlace peptídico

Dra. Natividad Ortega SantamaríaÁrea de Bioquímica y Biología Molecular - UBU

Unidad IICONFORMACIÓN Y FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Tema 3. Introducción a las proteínas1. Función e importancia biológica de las proteínas

2. Aminoácidos

3. Enlace peptídico y péptidos

3.1. Péptidos

3.2. Polipéptidos como polianfolitos

3.3. Propiedades del enlace peptídico

3.4. Estabilidad del enlace peptídico

Dra. Natividad Ortega SantamaríaÁrea de Bioquímica y Biología Molecular - UBU

1. Función e importancia biológica de las proteínas

– Enzimas (actividad catalítica)– Proteínas de transporte

• Ej.: Hemoglobina

– Proteínas nutrientes de reserva• Ovoalbúmina (clara de huevo)• Caseína (leche)• Ferritina (almacena hierro)

– Proteínascontráctileso motiles

– Proteínas de defensa• Inmunoglobulinas o anticuerpos

(fabricadas por los linfocitos devertebrados)

• Fibrinógeno y trombina (proteínascoaguladoras de la sangre)

• Ricina (veneno de serpientes)

– Proteínasreguladoras

Funciones de las proteínas

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– Proteínascontráctileso motiles• Actina y miosina (músculo

esquelético)• Tubulina (flagelos y cilios)

– Proteínas estructurales• Colágeno (tendones y cartílagos)• Elastina• Queratina (pelo, uñas y plumas)• Fibroína (fibras de seda y

telarañas)

– Proteínasreguladoras• Hormonas: insulina (regula

metabolismo glucídico) y lahormona del crecimiento de lahipófisis

– Otras proteínas• El plasma sanguíneo de algunos

peces del Ántartico contieneproteínas anticongelantes queprotegen su sangre contra lacoagulación.

1. Función e importancia biológica de las proteínas

Propiedades clave que permiten esta diversidad de funciones

– La función de una proteínas depende directamente de suestructuratridimensional

• Las proteínas se pliegan espontáneamente en estructuras tridimensionales quevienen determinadas por la secuencia de aminoácidos

– Contienen un amplio surtido de grupos funcionales(alcoholes, tioles, tioéteres,ácidos carboxílicos, carboxiamidas, y una serie de grupos básicos)

• La diversidad de grupos funcionales combinados en distintas secuencias, esresponsabledelamplioespectrodefuncionesdelasproteínas.

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responsabledelamplioespectrodefuncionesdelasproteínas.

– Las proteínas pueden interaccionar entre sí y con otras macromoléculasbiológicas para formar asociaciones más complejas

• Estas asociaciones pueden ser sinérgicas: se generan capacidades que noexistíanen los componentes proteicos individuales.

– Algunas proteínas son muy rígidas, mientras que otras manifiestan unaconsiderableflexibilidad

• Las unidades rígidas pueden funcionar como elementos estructurales en elcitoesqueleto o el tejido conjuntivo

• Las proteínas con flexibilidad limitada pueden actuar como bisagras, muelles ypalancas).

1. Función e importancia biológica de las proteínas

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Diversidad de estructuras proteícas

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Tema 3. Introducción a las proteínas1. Función e importancia biológica de las proteínas

2. Aminoácidos

3. Enlace peptídico y péptidos

3.1. Péptidos

3.2. Polipéptidos como polianfolitos

3.3. Propiedades del enlace peptídico

3.4. Estabilidad del enlace peptídico

Dra. Natividad Ortega SantamaríaÁrea de Bioquímica y Biología Molecular - UBU

• Un αααα-aminoácidoes un ácidos carboxílico con un grupo amino en el carbono αααα.

Definición, estereoisomería, propiedades ácido-base

AMINOÁCIDOS: Conocimientos previos. Repasar….

• R: cadena lateral• Estereoisomería:

• Enantiómero L y D• Sólo la forma L se encuentra

en proteínas

• Propiedades ácido base:• Propiedades ácido base:• Los aminoácidos son anfóteros• A pH 7 los aminoácidos sin cadena lateral cargada son zwitteriones

• El pH en que la carga neta es cero se denomina punto isoeléctrico

Enantiómero L Enantiómero D

• Los aminoácidos éstandar (20) se clasifican según su cadena lateral (R)

Aminoácidos alifáticos no polares: Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro

• Los grupos R sonapolares e hidrófobos

• Las cadenas laterales deAla, Val, Leu,Ile estabilizan las estructuras proteicas através deinteracciones hidrofóbicas

• Gly: (cadena lateral muy pequeña) notiene una contribución real en lasinteraccioneshidrofóbicas

GlicinaGly, G

AlaninaAla, A

ValinaVal, V

2. Aminoácidos

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interaccioneshidrofóbicas

• Met: contiene un grupo tioéter apolar ensu cadena lateral

• Pro tiene una cadena lateral alifática conuna estructura cíclica (iminoácido):

• El grupo imino tiene una conformaciónrígida que reduce la flexibilidad de lasregiones polipeptídicas que contienen esteaminoácido ⇒⇒⇒⇒ implica restriccionesconformacionales

LeucinaLeu, L

MetioninaMet, M

IsoleucinaIle, I

ProlinaPro, P

Aminoácidos aromáticos: Phe, Tyr, Trp

• Sus cadenas laterales aromáticas, sonrelativamente apolares (hidrófobos)

• Phe (junto con Val, Leu, Ile) es uno de losaminoácidos más hidrófobos

• Tyr y Trp carácter ligeramente hidrófoboaunque atenuado por los grupos polares de suscadenas laterales (grupo hidroxilo de la Tyr y elN del anillo indólico del Trp)

• El grupo OH de la Tyr pude formar enlaces dehidrógeno

2. Aminoácidos

FenilalaninaPhe, F

TirosinaTyr, Y

TriptófanoTrp, W

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hidrógeno• La Tyr puede ionizarse a pH elevado

• Trp y Tyr y en menor grado fenilalaninaabsorben la luz ultravioleta

Aminoácidos polares sin carga: Ser, Thr, Cys, Asn, Gln

2. Aminoácidos

• Son aminoácidos hidrófílicos (formanenlaces de hidrógeno con el agua)

• Su polaridad proviene:• Sery Thr : grupo hidroxilo• Cys: grupo tiol• Asn y Gln: grupo amida

• Asn y Gln son las amidas de dosaminoácidos (Asp y Glu)

SerinaSer, S

TreoninaThr, T

CisteínaCys, C

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• De la Cys cabe destacar:• Se oxida fácilmente formado un

aminoácido dímero: cistina

AsparaginaAsn, N

GlutaminaGln, Q

Cistina

Cisteína

Cisteína

• Los grupos R más hidrófilos los queestán cargados (+ ó -)

• Los aminoácidos con carga netapositivaa pH 7 son:

• Lys: grupo amino primario en posiciónεεεε• Arg: grupo guanidino• His: grupo imidazol

2. Aminoácidos

Aminoácidos cargados positivamente (básicos): Lys, His, ArgAminoácidos cargados negativamente (ácidos): Asp, Glu

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• His: grupo imidazol• Los aminoácidos con carga netanegativa

a pH 7 son:• Asp: grupo carboxilato• Glu: grupo carboxilato

• Muy polares por lo que se encuentran enlas superficies exteriores de las proteínas,donde pueden hidratarse por el entornoacuoso que les rodea

LysinaLys, K

ArgininaArg, R

HistidinaHis, H

AspartatoAsp, D Glutamato

Glu, E

4-Hidroxiprolina

Aminoácidos proteicos modificados

• Las proteínas pueden contener residuos de aminoácidos creados pormodificaciónde los residuos estándar ya incorporados a un polipéptido

• Proporcionan propiedades funcionales específicas

Aparece en el colágeno

2. Aminoácidos

4-Hidroxiprolina

5-hidroxilisina

6-N-metil-lisina

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Aparece en el colágeno (proteína fibrosa del tejido conjuntivo)

Es un constituyente de la miosina(proteína contráctil del músculo)

γγγγ-Carboxiglutamato

Aminoácidos proteicos modificados

• Las proteínas pueden contener residuos de aminoácidos creados pormodificaciónde los residuos estándar ya incorporados a un polipéptido

• Proporcionan propiedades funcionales específicas

Se encuentra en la proteína protombina(coagulación de la sangre) y en proteínasque unen calcio

2. Aminoácidos

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Desmosina

Aparece en la elastina (proteínafibrosa)

Aminoácidos no proteícas

• Ornitina y citrulina:• No forman parte de las proteínas• Intermediarios en la biosíntesis de arginina y en el ciclo dela urea

2. Aminoácidos

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Ornitina

Citrulina

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Tema 3. Introducción a las proteínas1. Función e importancia biológica de las proteínas

2. Aminoácidos

3. Enlace peptídico y péptidos

3.1. Péptidos

3.2. Polipéptidos como polianfolitos

3.3. Propiedades del enlace peptídico

3.4. Estabilidad del enlace peptídico

Dra. Natividad Ortega SantamaríaÁrea de Bioquímica y Biología Molecular - UBU

• Los aminoácidos pueden unirse entre ellosde modo covalente por formación de unenlace amida entre el αααα-carboxilo de unaminoácido y el grupoαααα-amino de otro.

• Este enlace se denominaenlace peptídico• El producto se llamadipéptido• La porción de cada aminoácido que

permaneceen la cadenasedenominaresiduo

Enlace peptídico, péptido…

PÉPTIDOS: Conocimientos previos. Repasar….

permaneceen la cadenasedenominaresiduode aminoácido.

• Olipopéptidos, polipéptidos, proteínas

Amino terminal ó N-terminal

Carboxilo terminal ó C-terminal

Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

SGYAL

3.2. Polipéptidos como polianfolitos

• Los polipéptidos comopolianfolitos

• La solubilidad de muchas proteínases mínima en el punto isoeléctrico:las moléculas no se repelen unas aotras cuando su carga neta es cero

• Técnicas de separación de proteínabasadas en las distintas cargas:electroforesis, cromatografía deintercambio iónico

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intercambio iónico

Glu: pK1 = 2.19, pK2 = 9.67, pKR = 4.25Lys: pK1 = 2.18, pK2 = 8.95, pKR = 10.79

3.3. Estructura del enlace peptídido

• Los enlaces─C====O y ─N─H son aproximadamenteparalelos; de hecho los átomosO, C, N y H son habitualmentecoplanares.

PROPIEDADES DEL ENLACE PEPTÍDICO

El enlace peptídico es rígido y planar

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3.3. Estructura del enlace peptídido

• El enlace peptídico tiene una parte importante decarácter de doble enlace.

•El enlace peptídico puede considerarse unhíbrido de resonancia

•Como consecuencia de su carácter de doble enlaceno tiene libertad de giro

PROPIEDADES DEL ENLACE PEPTÍDICO

Enlaces X-Pro cis y trans

Enlaces peptídicos cis y trans

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no tiene libertad de giro

•Se presenta normalmente en configuración “trans”. La excepción es la secuenciaX-Pro

• Los grupos C====O y ─N─H peptídicos son polares: participan en laformación de enlaces de hidrógeno

3.4. Estabilidad y formación del enlace peptídico

∆∆∆∆Gº = + 10 kJ mol-1

La reacción favorecida termodinámicante es lahidrólisis

Esta reacción es muy lenta a pH y temperaturafisiológicos. Los péptidos son metaestables y sólose hidrolizan:

• Ácidos minerales fuertes(HCl 6M)• Enzimasproteolíticas o proteasas

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• Enzimasproteolíticas o proteasas• Bromuro de cianógeno rompe específicamente el

enlace peptídico por el lado del carboxilo de losresiduos de metionina

¿Cómo pueden sintetizarse en el medio acuoso de la célula?

Se precisa el acoplamiento de la reacción de síntesis con la hidrólisis decompuestos de fosfato de energía elevada. De hecho, todos losaminoácidos deben activarse por una reacción dirigida por el ATPantes de que puedan incorporarse a las proteínas.

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2. Aminoácidos

3. Enlace peptídico y péptidos

3.1. Péptidos

3.2. Polipéptidos como polianfolitos

3.3. Propiedades del enlace peptídico

3.4. Estabilidad del enlace peptídico

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