PROTEÍNAS

• ESTRUCTURAS PRIMARIA, SECUNDARIA, TERCIARIA Y SECUNDARIA, TERCIARIA Y CUATERNARIA

PROTEÍNAS.- FUNCIONES BIOLÓGICAS

a) Enzimas.- Actividad catalítica

b) Hormonas

c) Anticuerpos

d) Receptores en membranas Reconocimiento específicode ligandos, sin transformarlod) Receptores en membranas

e) Unión de alguna especiepara transporte

f) Acarreadores en membranas:- reconocimiento, transporte y a menudo, actividad catalítica

g) Estructurales.- Andamios moleculares

de ligandos, sin transformarlo

NIVELES DE ESTRUCTURACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

ESTRUCTURA PRIMARIA1. Ordenamiento lineal de aminoácidos, en cadenas no ramificadas2. Posición específica de cada aminoácido en la cadena secuencia

específica3. Unión covalente aminoácido – aminoácido (enlace peptídico)4. La cadena de aminoácidos tiene dos extremos: uno amino, otro

carboxilo

Formación de uniones peptídicas entre 4 aminoácidos:

NH CH COOH

R1

NH CH COOH

R2

NH CH COOH

R3

NH CH COOH

R4

NH2 CH COOH NH2 CH COOH NH2 CH COOH NH2 CH COOH

4 Aminoácidos unidos por enlaces peptídicos

Extremo amino

α α α α

Extremo carboxilo

NH CH C

R2

NH2 CH C

R1 O O

NH CH C

R4

NH CH C

R3 O

COOH

Enlaces peptídicos

Cadenas de aminoácidos unidos por uniones peptídicas.

2 – 40 aminoácidos PÉPTIDOS U OLIGOPÉPTIDOS

40 – 40,000 aminoácidos CADENAS POLIPEPTÍDICAS

O POLIPÉPTIDOS

FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

LA CADENA POLIPEPTÍDICA TIENE POLARIDAD

RESIDUO

COMPONENTES DE UNA CADENA POLIPEPTÍDICA

CADENA PRINCIPAL O ESQUELETO (REPETIDA)

CADENAS LATERALES (VARIABLE)

Segunda mitad del código genético

DNA RNASecuencia

proteína Estructura

tridimensional

trascripción traducción plegamiento

LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS DE UNA PROTEÍNA ES ESPECÍFICA (ÚNICA)DETERMINADA POR LOS GENES

DNA RNAproteína tridimensional

replicación

Transcr. inversa

replicacióntraducción

CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO

1) ES PLANAR

EL ENLACE PEPTÍDICO ES PLANO.- DETERMINADO POR LA

ESTRUCTURA RESONANTE DEL MISMO ENLACE

Incapacidad de rotación= CONFORMACIÓN RESTRINGIDA

LONGITUDES DEL ENLACE PEPTÍDICO

C-N 1.49 A

C=N 1.27 A

O

O

EL ENLACE PEPTÍDICO PLANO TIENEDOS CONFIGURACIONES

EL CASO DE LA PROLINA

ESTEREOQUÍMICA DEL ENLACE PEPTÍDICO Y LOS GRUPOS ADYACENTES

Papel del volumen de los grupos R en la libre rotaciónde los sustituyentes del C alfa

Sin embargo, los grupos R no participan en la formación del enlace peptídico y por lo tanto tampoco en la formación de la estructura terciaria

Los enlaces sencillos entre el Ca y el carbonilo y el Ca y el amino se llaman psi () y fi (), respectivamente

EL DIAGRAMA DE RAMACHANDRAN PREDICE LAS COMBINACIONESTANTO POSIBLES Y PROHIBIDAS DE Y

NIVELES DE ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

Estructuraprimaria

Estructurasecundaria

Estructuraterciaria

Estructuracuaternaria

Residuosaminoácidos

Hélice a Cadena polipeptídica

Subunidades unidas

ESTRUCTURA PRIMARIA.- Se refiere a la secuencia de aminoácidos en unaproteína.

DESCRIBE LOS ENLACES COVALENTES (ENLACE PEPTÍDICO Y PUENTES DISULFURO) QUE UNEN LOS RESIDUOS AMINOÁCIDOS DE UNA CADENA

POLIPEPTÍDICA

-180º y 180o

ESTEREOQUÍMICA DEL ENLACE PEPTÍDICO

CAPACIDAD DE FORMACIÓN DEPUENTES DE HIDRÓGENO

ENLACEPEPTÍDICO

LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS RESULTA IMPORTANTE EN LA ESTRUCTURA PRIMARIA

ESTRUCTURA SECUNDARIA.- Se refiere a la disposición estable de losaminoácidos que dan lugar a patronesestructurales repetitivos

CaN

EL ÁNGULO ENTRE EL AMINO AMÍDICO Y EL CARBONO CARBONÍLICOPUEDEN DETERMINAR DOS ORDENAMIENTOS EN LA CADENA POLIPEPTÍDICA

N

O

N

C

TIPOS BÁSICOS DE ORDENAMIENTO DE LA CADENA POLIPEPTÍDICA

IMPLICACIONES DEL PRIMER ORDENAMIENTO

240O

12

3

120O240O

360O

3

4

ESTRUCTURAHELICOIDAL

ESTRUCTURALAMINAR

120º Y -120º

ESTRUCTURA SECUNDARIA

1) Arreglo periódico.2) Especialmente la cadena no está “estirada”.3) Promovida y estabilizada por puentes de H.

α hélice

β plegada

Giros, asas

* Cadena helicoidal

* 3.6 aminoácidos por vuelta (5.4A)

α hélice

* 3.6 aminoácidos por vuelta (5.4A)

* Los grupos R se encuentran hacia fuera de la hélice

* Formación de puentes de hidrógenocon periodicidad regular pues intervienen:H del NH O del C

* Enrolladas hacia la derecha

O

a-hélice

Esqueleto covalente de la cadena polipeptídicaadquiriendo una “torsión” helicoidal

-45º A -50º

-60º

3.6 RESIDUOS 5.4 Ao

α – HÉLICEDEXTRÓGIRA O DE ENROLLAMIENTO A LA DERECHA

EN LA a-HÉLICE, LOS GRUPOS R SE ENCUENTRAN HACIA FUERA DE LA HÉLICE, AQUÍ SE MUESTRA LA CADENA DESDE “ARRIBA”

HÉLICE a

HÉLICE a

Hoja b-plegada

•Es una forma de estructura secundaria

•Tiene una disposición planar en el espacio

•Está estabilizada por puentes de hidrógeno• (carbonilo e imino de la cadena polipeptídica)• (carbonilo e imino de la cadena polipeptídica)

•Las cadenas pueden correr en forma paralela o antiparalela

•Los grupos R se encuentran hacia arriba y hacia abajo del plano

b-plegadaLos grupos R se encuentran hacia arriba o hacia abajo del plano

Las b-plegadas se pueden generar por varias cadenas polipeptídicas o por secciones diferentes desecciones diferentes dela misma cadenapolipeptídica

RESIDUOAMINO

CARBOXILO

RESIDUOCARBOXILO

AMINO

HOJA b ANTIPARALELA

AMINOCARBOXILO

GRUPOS R PEQUEÑOS(GLICINA Y ALANINA)

VISTA LATERAL

HOJA b PARALELA

VISTA LATERAL

Puentes de Hidrógenoen hojas β – plegadasantiparalelas y paralelas

APARIENCIA DE UNA HOJAβ-PLEGADAANTIPARALELA

HOJA b

VUELTAS O GIROS Y ASAS.

-Estructuras secundarias en forma de U.

-Estabilizadas por puentes de H en sus extremos.

-Formadas por tres o cuatro residuos

- Se localizan en las superficie de las proteínas generalmente.

-Forman un doblamiento acentuado de la cadena polipeptídica que la reorienta -Forman un doblamiento acentuado de la cadena polipeptídica que la reorienta hacia el interior.

-Prolina favorece las vueltas o giros así como glicina, por tener un pequeño R.

-Sin estas vueltas, las proteínas serían largas cadenas de aminoácidos extendidas (aunque con α-hélices o β-plegadas), y no serían estructuras compactas.

-Las ASAS (loops) son más extensas y tienen diferentes formas.

GIROS b

Cada aminoácido tiene preferencia porformar uno de los tres tipos de estructura secundaria

Las proteínas membranales tienen regiones hidrofóbicas (en la parte apolar de la membrana) y regiones hidrofílicas (en la región citosólica o extracelular si se trata de la membrana plasmática

MEMBRANA

Región hidrofílica

© 2004 New Science Press Ltd new-science-press.com

Región hidrofóbica

Región hidrofílica

Las proteínas membranales también tienen estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria

© 2004 New Science Press Ltd new-science-press.com

MOTIVOS, ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS YDOMINIOS.

UN MOTIVO SERÁ UNA ESTRUCTURA SECUNDARIA α héliceβ plegadagiro

UNA ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIASerá un agregado de por lo menos dos motivos y puede tener combinaciones de α-hélices, β-plegadas y giros.de α-hélices, β-plegadas y giros.

Por ejemploa-hélice, giro, α-hélice

b- plegada, giro, α- hélice, etc.

(intermediarios entre las estructura secundaria y terciaria)

UN DOMINIO SERÁ UN AGREGADO COMPACTO DE VARIAS SUPERESTRUCTURAS UNIDAS A OTRO POR UN SEGMENTO FLEXIBLE.

EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS SUPER - SECUNDARIAS

VUELTA O GIRO O DOBLAMIENTO

β

UNIDAD β α β HÉLICE – VUELTA-HÉLICE

ESTRUCTURA TERCIARIA

1) Estructura tridimensional de la proteína.2) Presenta actividad biológica (estructura nativa).3) Está dada por la manifestación de las interacciones delos grupos R de los aminoácidos:

a) Interacciones hidrofóbicas.b) Interacciones electrostáticas.c) Puentes de hidrógeno.

ENLACES NO-COVALENTES

c) Puentes de hidrógeno.d) Puentes disulfuro.

4) Es una consecuencia de la estructura primaria y es por tanto, específica.

5) Es estable.6) Los grupos polares tienden a estar en la superficie7) Los grupos hidrofóbicos tienden a mantenerse

internamente

NO-COVALENTES

Fuerzas que generan y estabilizan la estructura terciaria de las cadenas polipeptídicas

PUENTES DE HIDRÓGENOELECTROSTÁTICASIÓNICAS/SALINAS

ELECTROSTÁTICAS

HIDROFÓBICAS

ELECTROSTÁTICASIÓNICAS/SALINAS

PUENTES DE HIDRÓGENO

HIDROFÓBICAS

PUENTES DISULFURO

Puentes de Hidrógeno

O30

RFEN

RMET RILE

R97

103

70

NH3

+

M2+

Coordinación con iones metálicos

CHO

H

O C

CH2

CH2

O-

30

45

RLENRVAL

Interacciones hidrofóbicas

85

97

CH2

S

S

CH2

Puente disulfuro

COO-CH2

COO-

H3N+

CH2H2C CH2H2C

Interacciones electrostáticas

ESTRUCTURA TERCIARIADEL CITOCROMO c

MIOGLOBINA

EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS

MIOGLOBINAQUIMOTRIPSINA

CADENA β DE HEMOGLOBINA

EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS

(a) CADENAS BETA DE LA HEMOGLOBINA. (b) PROTEINA DEL VIRUS DEL MOSAICO DEL FRIJOL

EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS

(c) ISOMERASA DE TRIOSAS FOSFATO

(d) CARBOXIPEPTIDASA

EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE PROTEÍNAS

(e) CITOCROMO c

(f) INSULINA

DOMINIO

ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIA

GIRO

MOTIVO

IDENTIFICACIÓN DE MOTIVOS, ESTRUCTURA SECUNDARIA Y DOMINIOS EN UNAESTRUCTURA TERCIARIA

Pérdida de la estructura terciaria de una proteína. Desnaturali_zación.

Actividad biológica Conformación termodinámicamentemás estable.

Proteína en estado nativo

Proteína en estado desnaturalizado Sin actividad

Pérdida de la estructuraterciaria, y en las que la tienen,

de la cuaternaria

AGENTES DESNATURALIZANTES:pH extremos, temperaturas extremas, altasFuerzas iónicas, detergentes

Agentes reductores de puentes disulfuro

AGENTES DESNATURALIZANTES:

•pH (rompe puentes de H y salinos)•TEMPERATURA (perturba puentes de H y salinos)•SOLVENTES (perturba interacciones hidrofóbicas)•ALTAS FUERZAS IÓNICAS (perturba puentes salinos, y de H)•DETERGENTES (perturba interacciones hidrofóbicas)

•AGENTES REDUCTORES DE GRUPOS S-S (reducen puentes disulfuro)

Todos ellos perturban las estructura secundaria, terciaria y cuaternariade las proteínas, pero nunca alteran la estructura primaria, ya que estosagentes sólo rompen interacciones no covalentes (excepto los agentesreductores de S-S)

b-mercaptoetanolditiotreitol

Pérdida de la estructura terciaria de una proteína. Desnaturali_zación.El caso de la Ribonucleasa (proteína que degrada al RNA)

Actividad biológica Conformación termodinámicamentemás estable.

40

95

110

58 65

92

26

Puentes disulfuro

Urea + β-MSH

65

9240Estado Pérdida de la estructura

Agentes reductores de S S 2 SH

Estado nativo

58

92

84

95110

40

26

95

110

58 65

92

26

-Urea - βMSH

Estado desnaturalizado

Puentesdisulfuro reducidos

Estado Re-naturalizado

Sin actividad

Pérdida de la estructuraterciaria, y en ciertos casos, de la cuaternaria

40

ESTRUCTURA CUATERNARIA

* Es la estructura que se forma cuando dos o más polipéptidos se unen entre sí para formar una proteína con una función biológica.

* Los polipéptidos que forman una proteína se llaman subunidades u oligómeros.Éstos pueden ser idénticos o diferentes.

* Las interacciones que unen a los oligómeros pueden ser hidrofóbicas o puentes de Hidrógeno o iónicas o enlaces S – S.

* Si los monómeros que forman un dímero son iguales forman un homodímero, * Si los monómeros que forman un dímero son iguales forman un homodímero, por ejemplo y si son diferentes forman un heterodímero

* Puede haber proteínas diméricas, triméricas, tetraméricas, etc., que están formadas por dímeros, trímeros, tetrámeros, etc.

* Las proteínas con estructura cuaternaria pueden ser:GLOBULARES O FIBROSAS (aunque también las proteínas con sólo estructuraterciaria pueden ser globulares) .

EJEMPLOS DE PROTEÍNAS CON ESTRUCTURA CUATERNARIA

ESTRUCTURA

4 SUBUNIDADES, ES UN TETRÁMERO FORMADOPOR DOS HOMODÍMEROS DIFERENTES ENTRE SÍ

DE

DEOXYHb