Tema 2 Bioquimica

7/28/2019 Tema 2 Bioquimica

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TEMA 2: AMINOCIDOS Y PROTENAS. ESTRUCTURA,

CLASIFICACIN Y FUNCIN.

Las protenas son largas cadenas de aminocidos unidos por enlaces peptdicos.

En la naturaleza se conocen alrededor de 300 aminocidos. Muchos de ellos slo se

observan en determinadas formas de vida, es decir, slo se encuentran en algunas

especies o en una nica especie. Todos los organismos utilizan slo 20 aminocidos

para formar las protenas. Los aminocidos pueden clasificarse como:

- Proticos: forman parte de las protenas y pueden ser:o Codificables o universales: Son 20 aminocidos que se incorporan como

tales a las protenas cuando son los llamados cdigo gentico.

o Modificado o particulares: Son productos de una modificacin qumicauna vez que se ha sintetizado la protena que sufre alguno de los 20

esenciales.

- No proticos: Son aquellos que no forman parte de las protenas, seencuentran libres o combinados con otras sustancias.

Todos estos aminocidos tienen en comn un grupo carboxilo y un grupo amino unido

al mismo tomo de carbono llamado Cy las dos valencia restantes estn unidas a un

tomo de H y a un radical R. R es una cadena lateral, y que es lo que diferencia un

aminocidos de otro.

Todos los aminocidos excepto uno, la glicina, tiene el C asimtrico, que est unido a

4 sustituyentes diferentes, lo cual le confiere la propiedad de presentar ismeros

pticos o estereoismeros.

Todos los aminocidos que forman parte de las protenas pertenecen a la serie L, no se

conoce ningn aminocido que pertenezca a la serie D que forme parte de las

protenas.

Todos los aminocidos codificables o universales son -aminocidos: el C, prximo al

grupo carboxilo tiene un enlace con el grupo NH2, otro con el COOH, tiene un H y

una cadena lateral, residuo o cadena R de distinta naturaleza dependiendo del

aminocido. El C es asimtrico y es un centro quiral. Debido a ello tenemos la

configuracin D y la L, que son enantimeros (imgenes especulares). Cuando el

radical R se dirige a la izquierda y el h a la derecha es la forma L. Cuando se encuentra

al revs es la forma D (con el COOH hacia abajo). Esto de actividad ptica a los

aminocidos: la forma D y la forma L gran el plano de la luz polarizada hacia la

izquierda (- levgira) o a la derecha (+ dextrgira) una misma magnitud.


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Formando parte de las protenas en la naturaleza, solo intervienen aminocidos L.

Otros aminocidos pueden estar con otra conformacin.

1. CLASIFICACIN DE LOS AMINOCIDOS :Segn la naturaleza del grupo R, los aminocidos se pueden clasificar en 4

grupos:

- Aminocidos con R no polar (hidrofbicos): Glicina, es el nico aminocidosin quiralidad. Otros tienen cadenas alifticas cortas. Tambin los hay con

grupos aromticos. La Prolina es un aminocido raro: el grupo R se

engancha al grupo amino formando un ciclo (este aminocido da lugar a

codos en las protenas). Son los menos solubles.

- Aminocidos con R polar neutro: La polaridad puede venir por grupos OH,amidas, un aminocido con un resto fenol y uno con azufre, fuera de la

cadena dando polaridad ya que es un poco cido, dando puentes disulfuro

por oxidacin.

- Aminocidos con carcter cido: Adems de un grupo COOH comn atodos los aminocidos, presentan un carboxilo extra en la cadena lateral.

Presentan 3 grupos ionizables: el carboxilo y el amino propios y el carboxilo

extra. A pH 7 tiene carga negativa.

- Aminocidos bsicos: Adems del grupo amino en C, presenta en sucadena R un grupo amino extra ionizable, posiblemente modificado.Tambin tiene 3 grupos ionizables. Tiene carga positiva.

2. PROPIEDADES CIDO-BASE DE LOS AMINOCIDOSLos aminocidos tienen propiedades cido base, es decir,

independientemente de sus grupos R, los aminocidos debido a la presencia de

los grupos carboxilos y grupos amino tienen propiedades cido base.

Los aminocidos a pH =7 poseen un grupo carboxilo y un grupo amino que

actan como cidos en disolucin acuosa, es decir, que van perdiendo H

+

amedida que se aaden equivalentes de base, el primer grupo en perder el H+ es

el grupo carboxilo pasando de COOH a COO- y despus el grupo amino que pasa

de NH3+ a NH2.

Dentro de la misma molcula hay dos grupos ionizables (monoamino

monocarboxilo). El primer grupo ionizable es el carboxilo. Al aadir OH - (bases)

va perdiendo H+ hasta quedar COO-. Queda en equilibrio cuando el pH =pKa,llamadopKa1. El grupo COOH

- se desprotonan antes porque el pKa1 es ms bajo

que el pKa2 (pKa del grupo NH3+). Una vez desprotonado el COO-, se siguen

aadiendo bases y se desprotonan el amino, pero esto ocurre muy por encimade 7.


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Por tanto, los aminocidos se pueden presentar en forma catnica, en forma

neutra (forma zwiteron) en forma annica. La mayora de los aminocidos

tienen pk a1=2 y pK a2 = 9-10.

- Curva de titulacin de un aminocido monoamino-monocarboxlico:Los aminocidos con carga positiva o negativa tienen un tercer grupo

ionizable. Los aminocidos cidos presentan un COOH adicional cuyo pK se

llama pKaR y tiene valor pequeo (cido). Los aminocidos catnicos o

bsicos tienen pKaR altos a excepcin de la histidina, con un pKR = 6, lo que

le da carcter anftero.

Se representa el pH frente a la adicin de OH. Con pH bajo, tanto el COOH

como el amino estn protonados, con carga neta +1. Cuando el pH = pk a1, el

50% se encuentra protonado (+1) y el 50% se encuentra con 0 (queda +1/2).

Seguimos aumentando el pH y tenemos todo el COO

-

desprotonado, quedandocarga neta 0, pues el NH3+ est protonado y pH = pI. Continuamos aadiendo

base y tenemos pH = pKa2, donde el 50% est con carga 0 y el otro 50% est en -

1 (carga neta -1/2). Despus tenemos una carga neta de -1 cuando todo el

amino se ha disociado. El punto Isoelctrico se alcanza cuando se aade un

equivalente de base. (Denominamos punto isoelctrico de un aminocido, al

pH en el que la concentracin de Zwiteron es mxima (el aminocido no

presenta carga neta).


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Los aminocidos son anfolitos pues tienen un pKa y un pKb tiene dos grupos

ionizables y estudiamos el del COOH hasta llegar al punto isoelctrico y a partir

de l estudiamos el del - NH3+. Tenemos:

Existen tres zonas de amortiguamiento del pH:

o Zonas tampn que se encuentran cerca de los valores de pKa1 y pKa2.Hay poca pendiente en la curva de valoracin al aadir base el pH

cambia poco.

o El punto isoelctrico representa el punto de inflexin de la curvadonde la carga neta del aminocido es 0. En ese punto la curva tiene

alta pendiente en pequeas adiciones de base suponen grandes

cambios de pH (poca capacidad tampn).

o En cualquier punto distinto al punto isoelctrico, la carga neta delaminocido depende de las concentraciones relativas de las especies

en equilibrio. En los pH = pKa1 y pH = pKa2 son +1/2 y -1/2 porque las

concentraciones son 50%-50%.

La carga neta de un aminocido por tanto depende del valor del pH al que se

encuentra, como no hay dos aminocidos con los mismos pK, tampoco hay dosaminocidos que tengan la misma carga neta al mismo pH. A pH fisiolgico, la

mayor parte de los aminocidos estn en forma neutra (monoamino

monocarboxilo). Las curvas de valoracin de los aminocidos con grupos

ionizables se comportan de forma distinta,

La lisina y arginina son aminocidos bsicos y a pH = 7 tienen carga +1. El

glutmico y el asprtico (aminocidos cidos) a pH =7 tienen carga -1.

Hay aminocidos con un grupo ionizable de ms en la cadena R. Los

aminocidos cidos presentan un carboxilo adicional. Las curvas de valoracintendrn tres puntos de inflexin: los aminocidos cidos tienen un pKa1 (del

carboxilo), un pKa2 (del amino) y un pKR (del carboxilo extra). El que tiene el pKa

ms bajo perder el H+del carboxilo . El segundo protn que se pierde es el

del carboxilo en R (pH = pKR). Cuando se aaden dos equilibrios de base se

neutraliza el segundo H+. Cuando todo el aminocido est totalmente

desprotonado, llegamos a neutralizar el H+ del NH3. Los aminocidos cidos

pasan por carga +1,-1 y -2.


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Los aminocidos bsicos tambin presentan tres puntos de inflexin. Tienen un

carboxilo (pKa1), un amino (pKa2) y un amino R (pKaR). El primer H+ que se

pierde es el del carboxilo. Al aadir un equivalente de base, se neutraliza el

primer protn. El segundo H+ que se neutraliza es el del amino R y al aadir el

tercer equivalente se neutraliza el amino .

El punto isoelctrico de los aminocidos con tres grupos ionizables se calcula

como la media de los pKa que dirigen el equilibrio hacia -1 y +1.

o Aminocidos bsicos (los dos pKa bsicos):


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o Aminocidos cidos (los dos pKa cidos):

Los aminocidos no proticos son intermediarios metablicos que no formanparte de las protenas. Algunos no son de tipo o son de quiralidad opuesta (-

alanina, D-alanina).

3. FORMACIN DE UN PPTIDOLa principal misin de los aminocidos es unirse entre s mediante enlace

peptdico y formar las protenas. Cuando se unen dos aminocidos se forma un

enlace peptdico. Los enlaces peptdicos poseen tres caractersticas:

- Son polares.- Son planos.- Estn estabilizados por resonancia.Este enlace de forma entre el grupo carboxilo de un aminocido y el grupo

amino del siguiente aminocido, de tal manera que siempre el primer

aminocido participa con su grupo COOH y el segundo con su grupo NH3+.

Se enlazan dos aminocidos mediante el carbono de un carboxilo y el nitrgeno

del amino. El enlace es de tipo amida y se pierde agua.


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El aminocido de la izquierda se une por el carboxilo y el siguiente con el

amino. El cdigo gentico indica que la sntesis de protena se dirige en este

sentido.

Las cadenas polipeptdicas estn formadas por planos peptdicos que giran por

sus C. Los ngulos de torsin se definen de 180 cuando la cadenapolipeptdica es plana y en su conformacin totalmente extendida. Se

encuentra estabilizada por resonancia y el enlace peptdico es plano (no puede

rotar).

- Pptidos con actividad biolgica:Hay pequeos pptidos que no forman protenas y tienen actividad

biolgica. Son pptidos naturales, hormonas peptdicas, factores de

crecimientos, neuropptidos, antibiticos peptdicos y pptidos inmuno

represores.

4. CONFORMACIN TRIDIMENSIONAL DE LAS PROTENAS:La conformacin es el estado estructural que puede interconvertir con otros

estados estructurales sin romperse con enlaces covalentes. De entre las

conformaciones posibles de las protenas, es mayoritaria la

termodinmicamente ms estable, se conoce como conformacin nativa y es la

nica funcional.

La estructura tridimensional viene determinada por el orden en el que estncolocados los aminocidos, que constituyen la estructura primaria.

Las protenas deben ser muy extensas. La organizacin proteica tiene distintos

niveles:

- Estructura primaria de las protenas: son aminocidos que se colocan unodetrs de otro unidos por enlaces peptdicos mediante la unin del grupo

carboxilo con el grupo amino del siguiente con prdida de una molcula de

agua.

- Estructura secundaria de las protenas: la secuencia de aminocidos seorganiza dando hlices o lminas (estructuras regulares estables

ocasionadas por pequeos giros entorno a los planos del enlace). Suelen ser

alargadas. Algunas protenas se quedan aqu (fibrosas).

o Rotacin alrededor de los enlaces en una cadena polipeptdica : Sepuede definir tambin los ngulos de torsin, y , como

ngulos que se forman entre el C-N y el C-C respectivamente. Los

planos peptdicos no puede tomar los valores de los ngulos desde -

180 a hasta 180, porque los grupos R se molestaran entre s en elespacio.


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o Diagramas de Ramachandrn:

Da valores para el ngulo desde -180 hasta +180 y de desde

los mismos valores. Con pptidos sintticos del mismo aminocidohizo medidas.

En el primer cuadrante tena muchas medidas. Las zonas en blanco

son las zonas no permitidas (no todas las combinaciones estn

permitidas).

En el segundo cuadrante se distribuy los ngulos de 1000 restos de

aminocidos pertenecientes a 8 protenas naturales y distintas de la

glicina y salieron zonas permitidas que coincidan en el primer

cuadrante, aunque algunas pequeas zonas no coincidan.

En el tercer cuadrante si la protena est formada nicamente por

glicina permite una mayor rotacin, dado que los hidrgenos se

sitan en los vrtices, y se pueden dar muchos valores de los

ngulos de torsin.

El plegamiento de una cadena polipeptdica, en principio tiene dos

problemas:

o Evitar que las unidades giren libremente en torno a y a (comoadjudicar a cada protena una estructura correcta).

o Cuando se estudiaron las primeras estructuras globulares, seobserv que en el interior slo haban cadenas hidrofbicas y que en

el exterior, los aminocidos con cadenas polares o con carga. Por

tanto el problema es llevar las cadenas hidrofbicas hacia adentro

sin arrastrar a los enlaces peptdicos, que son polares.


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De este modo aparecen las siguientes estructuras secundarias regulares:

o Hlices: los puentes de hidrgeno se establecen entre los oxgenos ylos hidrgenos de una misma cadena formndose la hlice. Cuando

una cadena polipeptdica experimenta un giro de igual magnitud

alrededor de sus C se forma una hlice. Existen algunos tipos de

hlices mediante el modelo de enlaces por puentes de hidrgeno

entre el CO del aminocido y el NH del:

Aminocido n+3: Se denomina hlice 310 ya que posee 3aminocidos por vuelta y la unin se realiza en el C 1 y el C10.

Es un tipo de enlace que existe en la naturaleza pero est un

poco forzado (es ms estrecho y alargado que la hlice).

Una sola cadena polipeptdica.

Aminocido n+4: El puente de hidrgeno se establece entreel grupo CO del aminocido n con el grupo NH del cuarto

aminocido que le sigue. Es la hlice ms frecuente y la ms

estable. Se le denomina Hlice .

Aminocido n+5: Se denomina hlice , y posee 4aminocidos por vuelta. Es ms ancha y corta que la hlice .

La hlice es la ms idnea ya que no es tan delgada como la

hlice 310 ni tan gruesa como la hlice . La hlice posee 3,6aminocidos por vuelta y los grupos R estn proyectados hacia

fuera. Existen aminocidos como el acido glutmico que favorece la

formacin de hlice, hay otros que la soportan como la glicina y

otros que la desestabiliza como es la Prolina (ya que es el nico con

el grupo amino unido a su propio R).

o Lminas : Los puentes de hidrgeno se establecen entre cadenas otrozos de cadenas diferentes. Podemos tener una cadena NC y

otra CN y formar lminas antiparalelas, o dos cadenas paralelas.

Puede ser una misma molcula en lo que se unen fragmentos

laminares, o molculas distintas.

En las lminas antiparalelas, los puentes de hidrgeno son muy

perpendiculares y con distintas distancias entre s. En las paralelas,

los puentes de hidrgeno son equidistantes y no perpendiculares

entre s. Las cadenas laterales se presentan alternativamente hacia

arriba y hacia debajo de la lmina plegada.


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Estos dos tipos de estructuras secundarias son regulares ya que los ngulos

de torsin van girando lo mismo uno en relacin con el otro.

En las protenas, zonas de estructura secundaria regular se encuentran

unidas entre s por fragmentos polipeptdicos, llamados lazos o regiones

enlazantes que no son las regiones que unen unas estructuras secundarias

entre s. No son estructuras regulares sino que son plegamientos al azar, y

suelen estar localizados en los centros activos de las protenas.

- Estructura terciaria de las protenas: Las protenas globulares adoptan estaestructura. Se representan mediante diagramas de topologadonde los

hlice se dibujan como cilindros o muelles, y las lminas se representan

como flechas, donde la punta es el Carboxilo terminal y la base representa

el amino inicial. Los lazos se representan como regiones enlazantes en

verde. A veces hay dominios, donde cada regin de la protena, con unaestructura adecuada a una funcin, est basada en -lmina o -hlice.

Normalmente en las protenas al nivel de la estructura terciaria se suele

hablar de dominios. Se define dominio como una cadena polipeptdica o

una parte de ella que se puede plegar independientemente.

A los distintos dominios de una protena se le suele adjudicar una funcin.

Los dominios suelen estar formados por la asociacin de varios motivos. Las

protenas suelen estar formadas por unos patrones comunes que son

pequeos elementos de estructura secundaria que se repiten con bastante

frecuencia de unas protenas a otras. Estos patrones que se repiten seconocen como motivos. Hay cuatro tipos de motivos:

o Motivo -: Formado por dos hlices unidas por un lazo. Sufuncin general suele unirse a sustancias como Ca2+ o al DNA.


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o Motivo horquilla , o motivo -: Dos cadenas antiparalelasunidas por un lazo.

o Motivo greca: lminas unidas por lazos entre s y un lazo mayorque une a la primera y ltima.

o Motivo - - : se intercala una -hlice en medio de dos lminas paralelas entre s, mediante lazos que se unen.


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Las protenas se clasifican en tres grandes grupos basndonos en

consideraciones estructurales entre dominios y motivos:

o Estructuras con dominios : en su estructura slo contienen -hlices unidas por lazos. Se distinguen la tetrahlice (4 hlices

unidas por lazos paralelas a un eje comn, con los residuos

hidrofbicos hacia adentro y los hidrofficos hacia afuera), a los que

pertenece protenas rdox y transportadoras de elementos. El sitio

activo se encuentra en medio de las 4 hlices.

Tambin estn las globinas, como las hemoglobinas y las

mioglobinas, que presentan 8 hlices nombradas de A a la H, pero

no se encuentran paralelas sino formando ngulos de 45. Tambinpresentan los residuos apolares hacia dentro y los polares hacia

afuera. El centro activo de estas protenas se encuentra en una

hendidura hidrofbica donde aparece un grupo no protico

(prosttico).


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o Estructuras con dominios /: se repite el motivo -- , con paralelas. Es frecuente que sean 8 -lminas, intercaladas con

hlices . En el espacio, esta sucesin se coloca de forma cerrada,

formando barriles cerrados, los mirando hacia arriba y las hlices

un poco ms afuera del barril, las lminas se giran un poco para

cerrar el barril. Estas estructuras estn estabilizadas por fuerzas en

tres capas: hacia afuera se encuentra los aminocidos polares, entre

las y los tenemos residuos hidrofbicos de los y de los , y en

el centro tendremos residuos hidrofbicos de los . Los centros

activos se encuentran en los lazos, que se encuentran hacia arriba y

hacia abajo. Esta estructura est presente en enzimas.

o Estructuras con dominios antiparalelas: se repite el motivohorquilla , de modo que quedan todos antiparalelas. Tenemos por

ejemplo los barriles arriba/abajo, formando un barril aplastado. Los

centros activos se encuentran en los lazos.


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La conformacin o estructura terciaria de protenas est estabilizada por

varios tipos de enlaces que podemos dividir en dos grupos:

o Enlaces covalentes: son los puentes de disulfuro (S-S), se formacuando dos cadenas laterales de cistena, aunque alejadas en la

secuencia se encuentran en el espacio, pueden oxidarse dando un

puente de disulfuro.

HS + HS (oxidacin)(reduccin)S-S-

o Enlaces no covalentes: como es el caso de: Puentes de hidrgeno. Interacciones inicas. Interacciones hidrofbicas. Fuerzas de Van der Walls.

Estas fuerzas son las que hacen funcionales a las biomolculas.

Estas fuerzas se hacen entre las cadenas laterales de los aminocidos, ya

que los carbonos y los hidrgenos de los enlaces amida (pptidos), ya que

estn formando puentes de hidrgeno para mantener la estructura

secundaria.

5. CONCEPTOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA PROTICA:- El esqueleto contiene miles de tomos. Si pudieran girar libremente

entorno a los enlaces , tendramos varias estructuras terciarias posibles.

Pero las protenas tienen una estructura tridimensional propia, debido a

que la secuencia de aminocidos es la adecuada y se mantienen entre ellos

la fuerza adecuada.

- La conformacin de una protena est estabilizada principalmente porinteracciones dbiles, ya que favorecen termodinmicamente el sistema

(mayor entropa en el agua). Todo esto se debe a las propiedades del agua

(y a su capacidad de formar puentes de hidrgeno).

- La secuencia de aminocidos determina la estructura terciaria, es decir, laestructura primaria es la que va a plegarse de una determinada forma para

cumplir una determinada funcin.

- Las protenas difieren en su estructura terciaria.

- La estructura de una protena determina su funcin.


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- Las protenas pierden su estructura y su funcin al desnaturalizarse, sedenomina desnaturalizacin de una protena a la prdida de su estructura

terciaria, su conformacin y por tanto su funcin, la protena puede volver a

renaturalizarse si el agente utilizado no ha sido muy fuerte.

- Las estructuras terciarias no son rgidas.- Los polipptidos se pliegan rpidamente segn un proceso en varias etapas,

existen unos enzimas llamados chaperones que ayudan a las protenas a

adquirir su conformacin espacial en las ltimas fases de su plegamiento.

- Existe un pequeo nmero de modelos estructurales terciarios comunesllamados dominios

6. DESNATURALIZACIN DE LAS PROTENAS:Si en una protena se rompen sus enlaces dbiles o sus puentes de disulfuro, la

protena pierde su conformacin espacial y por tanto su funcin por lo que la

protena se despliega, pero no implica ruptura de enlaces peptdicos.

Existen una serie de factores que desnaturalizan las protenas:

- Variacin del pH: implica la alteracin de los estados de ionizacin de losaminocidos y se rompen fuerzas inicas.

- Temperaturas altas: las interacciones dbiles se rompen por aumento de lamovilidad de los tomos o molculas.

- Detergentes: interfieren en las fuerzas hidrofbicas, es decir, las partesapolares de los detergentes interfieren con las partes apolares de los

aminocidos y rompen as las fuerzas o puentes hidrofbicos. Un

detergente muy utilizado es el SDS (dodecil sulfato de sodio).

- Concentraciones elevadas de sustancias orgnicas: son polares y compitenen la formacin de los puentes de hidrgeno. Como por ejemplo: el etanol yla acetona.

- Agentes desnaturalizantes: actan sobre todos los tipos de enlaces (urea8M).

- Agentes reductores: rompen los puentes disulfuro de las protenas (nicasfuerzas covalentes). Por ejemplo el -mercaptoetanol.

Un ejemplo de desnaturalizacin de protenas es la desnaturalizacin y

renaturalizacin de la ribonucleasa.


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Si las condiciones de desnaturalizacin no son muy drsticas, se pueden

renaturalizar.

Una seal de la desnaturalizacin es la precipitacin de la protena.

7. CLASIFICACIN Y CARACTERSTICAS DE LAS PROTENASLas protenas se pueden clasificar:

- Segn su funcin:o Enzimas.o Protenas de transporte:

Hemoglobina (O2). Lipoprotenas (transporte de lpidos en el plasma). Protenas de transporte a travs de membranas.

o Protenas nutrientes y de reserva: En la semilla del trigo, maz y arroz. Ovoalbmina. Casena. Ferritina (almacena hierro).

o Protenas contrctiles: Actina y miosina (clulas musculares y otras). Tubulina y dinena (cilios y flagelos).

o Protenas estructurales: Colgeno, Queratina, Fibrona.


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o Protenas de defensa: Anticuerpos (sistema inmunolgico). Fibringeno y trombina. Toxinas y Venenos.

o Protenas reguladoras: Hormonas. Protenas G. Protenas reguladoras de la expresin del DNA.

- Segn su composicin:o Homoprotenas o no conjugadas: slo con la cadena polipeptdica

pueden cumplir su funcin.

o Heteroprotenas o conjugadas: Es necesaria la presencia de unaparte no proteica para cumplir su funcin, se denomina grupo

prosttico y puede ser un grupo metlico, una estructura orgnica,

una coenzima (grupo prosttico de una enzima que no se une deforma permanente a la cadena proteica), ms complejo que se une a

enzimas.

- Segn su estructura:o Protenas fibrosas: son alargadas y slo llegan al nivel de la

estructura secundaria por lo que no se pliegan. Sus funciones suelen

ser estructurales, de soporte. Distinguimos varios tipos:

-queratina: es una protena formada por -hlices. Uncabello est formado por muchas clulas muertas en cuyo

citoplasma slo hay macrofibrillas a modo de haces y estas

macrofibrillas estn formadas por la asociacin de

numerosas microfibrillas que estn formadas por la unin de

9 filamentos alrededor de 2 centrales (tpica estructura 9+2).

Se les llama protofibrillas que estn formados por la

asociacin de 4 -hlice, las cuales se enrollan entre ellas por

parejas (2 -hlices dextrgiras) en sentido levgiro.


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En la -queratina hay un elevado contenido en cistena, por

lo que la protena es rica en puentes de disulfuro a diferencia

del colgeno. Una fibra de -queratina puede estirarse una

dos veces su longitud si aplicamos calor hmedo ya que

algunos puentes de disulfuro y puentes de hidrogeno se

habrn roto y la protena adopta conformacin .

Reacciona poco qumicamente y por tanto es muy

abundante. Se encuentra en la piel y en rganos anejos.

Se forma por 2 -hlices (tienen un pequeo dominio

globular en uno de sus extremos) se unen dando un dmero

que se enrollan entre ella. En un segundo paso se enrollan

dos dmeros dando un tetrmero llamado protofilamento.

Dos protofilamentos se sitan prximos dando una

protofibrilla. stas se disponen 2 en el centro y 9 alrededor

de un cilindro, formando varias microfibrillas. stas se unen

en un mismo haz dando macrofibrillas. Un pelo est formado

por clulas muertas atravesados por multitud de

macrofibrillas. Los -hlices son ricas en cistenas y se

forman muchos puentes de disulfuro para dar cada

estructura.

La matriz que queda est cementada con alto contenido enazufre.

-queratina: es una protena formada por lminas queaparece como consecuencia de aplicar calor hmedo a una

-queratina pero al enfriarse revierte espontneamente a la

conformacin -hlice. Ello es debido a que los grupos R de

los -queratinas son por trmino medio mayores que los de

las -queratinas y no son por tanto compatibles con una

conformacin . Es poco frecuente por su menor estabilidad.

Colgeno: es la protena ms abundante en los animalesvertebrados y unicelulares. Es una protena extracelular que

se sintetiza en el interior de las clulas del tejido conjuntivo.

El colgeno se organiza en fibras insolubles y su principal

caracterstica es que soportan con fuerza tensiones.


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El colgeno est formado por hlices levgiras y tres de estas

hlices se enrollan entre ellos en sentido dextrgiro

formando una molcula de tropocolgeno (el que estn

formados por hlices levgiras no significan que sean -

hlices).

La estructura secundaria del colgeno es de una triple hlice

de cadenas polipeptdicas, cada una es una hlice levgira,

en la que de cada 3 aminocidos, uno de ellos es una glicina,

0y cada 4 es una Prolina. La glicina permite que estas tres

cadenas estn muy compactadas, y se enrosquen entre s y la

Prolina forma los codos y permite que haya muy pocos

aminocidos por paso de rosca.

Estas triples hlices de tropocolgeno se van asociando unascon otras en forma de hlice y constituyen las fibras de

colgeno. Los enlaces son los puentes de hidrogeno entre

cadenas y un tipo especial de enlace covalente tpico del

colgeno. Entre varias triples hlices existen tambin estos

enlaces covalentes.

Este enlace covalente slo aparece en el colgeno cuando se

encuentran dos cadenas de lisinas (aminocidos con un

grupo amino extra) acta sobre ellos la enzima lisoxidasa,

que oxida el grupo amino a grupo aldehdo, obtenindoseunos derivados de la lisina denominados aldisina, que sufren

una condensacin aldlica, y forman un enlace cruzado

covalente.

Las molculas de colgeno son muy ricas en hidratos de

carbono, por tanto el colgeno es una glucoprotena.

El colgeno es una protena extracelular aunque su sntesis

tiene lugar dentro de la clula y, en concreto, se sintetiza en

los ribosomas del Retculo Endoplasmtico Rugoso. En

primer lugar la sntesis de las cadenas pro-. Luego se

hidroxilan si las prolinas y las lisinas dentro del Retculo

Endoplasmtico Rugoso. La protena se glicosila en las

conexiones entre el Retculo Endoplasmtico Rugoso y el

Retculo Endoplasmtico Liso.


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A continuacin, estas cadenas pasan al aparato de Golgi

donde termina la glicosilacin y se forma la triple hlice del

procolgeno. Una vez trenzado lo suficiente y gracias a la

Exocitosis, se forman evaginaciones y salen las triples hlices

que no estn enroscadas del todo y tienen unas secciones de

carboxilo y amino terminales, de cada una de las cadenas,

que constituyen los pptidos seal y que poseen una doble

funcin:

Evitan que las triples hlices de procolgeno (nomaduro) crezcan demasiado y hagan reventar las

vesculas.

Son muy ricos en aminocidos hidrofbicos lo quepermite atravesar la membrana plasmtica y salirfuera. Cualquier molcula polares no pueden pasar la

membrana pero esos pptidos de seal permiten

entrar y abrirse camino entre las cosas hidrofbicas.

Los pptidos seal se rompen mediante peptidasas, estos se

asocian formando microfibrillas, que a su vez se unen para

formar las fibras de colgeno.

Elastina: la elastina no presenta estructura regularsecundaria sino cadenas polipeptdicas que tienenconformacin al azar debido a que estas cadenas son

extremadamente flexibles y mviles dado que las cadenas

polipeptdicas se unen por algunos enlaces covalentes.

Est formada por pequeas cadenas peptdicas y entre ellas

se ven puentes, que al estar plegadas pueden estirarse y

volver a su posicin inicial (es elstico y por ello est en

tejidos elsticos como paredes de arterias). Los puentes de

entrecruzamiento son puentes covalentes, que al colocarse

cerca, 4 cadenas laterales de 4 lisinas, de las cuales 3 de ellas

han pasado su amino a aldehdo L-altisinas, se forma una

estructura que une 3 cadenas de 3 lisinas de distintas

cadenas polipeptdicas. Esta estructura covalente se llama

desmosinas (formado por el entrecruzamiento de diferentes

monmero con tres molculas de lisina).


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o Protenas globulares: poseen cadenas polipeptdicas muy plegadasen estructuras tridimensionales compactas. La mioglobina y la

hemoglobina, son miembros de la familia de las globinas y

encargadas del transporte y almacenamiento de O2 en la sangre.

La hemoglobina y la mioglobina se diferencian en que la mioglobina

est formada por una cadena polipeptdica, es decir, monomricas,

mientras que la hemoglobina est formada por 4 subunidades

semejantes, pero no idnticas a la mioglobina, por todo es un

tetrmero.

Mioglobina: es una protena conjugada o heteroprotena, esdecir, adems de la cadena polipeptdica posee un grupo

prosttico no proteico. La cadena polipeptdica tiene 8-

hlices ms o menos largas unidas por lazos y formandoentre ellas ngulos de 45.

Adems de la cadena polipeptdica hay un grupo llamado

grupo hemo, que tiene una parte orgnica a la cual se le une

un tomo de Fe. La parte orgnica se denomina protofibrina

9 y est formada por 4 ncleos o anillos pirrlicos a los que

se les une 4 metilos, 2 vinil y 2 cidos propanoicos (estos dos

ltimos son la nica parte polar de la protofibrina 9 ya que

todo lo dems es apolar e hidrofbico).

El sexto enlace puede estar libre cuando la mioglobina no

transporta nada. Puede estar unido al O2 en el momento en

el que est almacenndolo, o unido a agua, cosa que no debe

ocurrir ya que el agua oxida al tomo de Fe a in frrico y lo

incapacita para transportar O2. Con esto se pueden distinguir

tres estados de la mioglobina:

Cuando no est unido al O2: desoximioglobina. Cuando est unido al O2: oximioglobina. Cuando est unido al agua: ferrimioglobina.

El 80% de la protena es - hlice con su plegamiento. Estas

hlices se disponen de tal forma que dejan una cavidad

hidrofbica donde se instala el grupo hemo.


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El plegamiento de las globinas no surge de la repeticin de

motivos, sino que las -hlice giran aproximadamente 45

unos respectos a otros y se mantienen unidas mediante

interacciones no covalentes entre ellas.

La mioglobina cumple con el tener todos los residuos

hidrofbicos hacia dentro y las cadenas polares hacia fuera

ya que es una protena soluble.

La configuracin espacial de la mioglobina est condicionada

por la unin del grupo hemo, de tal manera que la cadena

unida al grupo hemo tiene un 80% en -hlice, si le quitamos

el grupo hemo a la protena a pH cido (as rompemos los

enlaces de coordinacin) nos queda la cadena polipeptdica

llamada apomioglobina en la que slo un 60% de losaminocidos estn formando -hlices, es decir, el grupo

hemo ayuda a formar las -hlices. Si desnaturalizamos la

apomioglobina, sta presenta un 0% de -hlice. Podemos

decir que la presencia del grupo hemo ayuda a la cadena

polipeptdica a plegarse correctamente.

La cadena polipeptdica tambin ayuda al grupo hemo a

instalarse en la mioglobina, si solubilizamos el grupo hemo

en agua, el tomo de Fe se encuentra en forma frrica

(siendo inactivo). La cadena polipeptdica ayuda al grupohemo a mantenerse en estado ferroso, y por tanto ayuda a

que cumpla su funcin. El plegamiento crea una especie de

bolsillo hidrofbico, donde entre en grupo hemo, y mantiene

el Fe en estado ferroso.

El CO es muy peligroso porque tiene mayor afinidad por el

tomo de Fe del grupo hemo que el O2, aunque esta afinidad

disminuye cuando el grupo hemo est en la cadena

polipeptdica. Se debe a razones estricas. En las cercanas

del grupo hemo, existe otra histidina, denominada histidina

distal en posicin E7 que no establece enlaces con el grupo,

pero se sita muy cerca. El CO va entorpeciendo su entrada

en el grupo hemo por esta histidina distal, mientras que el O2

entra ms fcilmente.

Cuando la mioglobina se une a la molcula de O2, cambia su

configuracin espacial. Este efecto se llama alosterismo.


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Tiene 6 enlaces de coordinacin: 4 enlaces del Fe se unen al

nitrgeno de la protoporfirina y, dos que salen del plano se

unen a una histidina F8 (cadena polipeptdica) y el otro est

disponible para el O2.

El CO tiene mucha afinidad por el Fe de la mioglobina

(Toxicidad).

Esto se debe a su facilidad en disolucin acuosa, de formar

un ngulo de 90.

En la molcula de mioglobina aparece otra histidina distal

(E7), que se aproxima al Fe (aparte de la histidina proximal

F8), impidiendo la formacin del enlace CO con el Fe

perpendicular y limitando la afinidad del grupo (se reduce latoxicidad).

El Fe tiene coordinacin Oh en el plano: 4 con la

protoporfinina 9 y 2 perpendiculares. El grupo hemo queda

en estado ferroso por estar en una hendidura (bolsillo)

hidrofbico evitando el contacto con el agua, que da la

oxidacin.

P50 Presin parcial de O2 a la que el 50% de los tomos de

Fe estn ocupados. La P50 de la mioglobina es muy baja, tienemucha afinidad por el O2 y le cuesta mucho soltarlo. Por ello

la mioglobina es mejor como almacn y slo suelta poco a

poco a la hemoglobina que lo transporta.

Hemoglobina: es una protena transportadora de O2, que seencuentra en los eritrocitos o glbulos rojos de la sangre de

los vertebrados. La hemoglobina es una protena

tetramrica, es decir, formado por 4 subunidades semejantes

aunque no idnticas.

Dos de ellas se denominan cadenas (1 Y 2) y las otras

dos son (1 y 2). Cada una de las cadenas tiene un grupo

hemo unido mediante enlaces no covalentes, por lo que la

hemoglobina es capaz de transportar hasta 4 molculas de

O2.


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Ambas molculas, mioglobina y hemoglobina, son molculas

transportadoras de O2, pero la hemoglobina transporta el O2

a travs de la sangre, y la mioglobina en cambio, es

transportadora y almacenadora de O2 en los msculos.

La mioglobina funciona al ir aumentando la presin de O2: los

tomos de Fe se van ocupando de O2. Al aumentar mucho la

presin de O2 los Fe de la mioglobina se saturan: curva de

saturacin.

La representacin grfica del porcentaje de saturacin de la

hemoglobina frente a la presin parcial de O2, es signoidal,

mientras que una representacin anloga para la mioglobina

del msculo muestrauna curva hiperblica.

Se observa que la mioglobina, a bajas presiones de O2 se

encuentra muy saturado, es decir, hay muchos grupos hemos

unidos al O2, mientras que en la hemoglobina a bajas

presiones de O2 no hay grupos hemo unidos al O2, y estos

aumentan al aumentar la presin (concentracin) de O2.

P50 es aquel valor de presin de oxgeno para el que la mitad

de los grupos hemo estn unidos al O2. Para la mioglobina

P50=1, y para la hemoglobina P50=26.

Cuanto mayor sea la presin de O2, mayor ser la capacidad

de saturacin de O2 por la protena, es decir, mientras que la

afinidad de la hemoglobina por la primera molcula de O2 es

respectivamente baja, la segunda, tercera y cuarta molculas

de O2 se unen con una afinidad mayor. Este fenmeno recibe

el nombre de fenmeno de cooperatividad, es decir, la

unin de un ligando a la cadena polipeptdica le facilita la

unin de otros ligando a esa misma cadena.


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Al entrar la primera molcula de O2 cambia de conformacin

la primera cadena, es decir, se da el alosterismo. Este cambio

de conformacin se pone de manifiesto cuando va a entrar la

segunda molcula de O2 y este cambio a la tercera y a la

cuarta. Debido al fenmeno de cooperatividad, la

hemoglobina es mucho ms que la simple suma de 4

mioglobinas.

La primera cadena que se oxigena es la 1. Lo que sucede en

la primera oxigenacin es que el tomo de Fe al unirse al O2

disminuye su dimetro y entra en el hueco de la protofibrina

IX y se lleva consigo la histidina proximal con lo que hay un

movimiento en la hlice F, el cual se transmite a las dems

hlices. La diferencia de comportamiento entre la mioglobina

y la hemoglobina es muy importante debido al alosterismo.

Cuando una molcula de O2 tiene que entrar en la primera

subunidad de la hemoglobina, tiene que romper una serie de

puentes salinos o uniones inicas por lo que el primer O2

tiene muchas dificultades para entrar ya que tiene que

romper algunos enlaces que estabilizan a la forma

desoxigenada, al segundo O2 tiene ya algunos puentes

salinos rotos, y le cuesta menos trabajo entrar, y as hasta el

cuarto O2.

La afinidad de la hemoglobina por el O2, a diferencia de la

mioglobina, se ve afectada por una serie de factores

externos:

Efecto de Bohr: cambios pequeos tienen influenciaen la funcin de la hemoglobina. El efecto de Bohr es

una disminucin de pH da lugar a una liberacin de

O2 que disminuye la afinidad. Al bajar el pH (aumenta

el CO2 en el medio por el metabolismo y ste

acidifica) disminuye la afinidad por el O2 y la

hemoglobina toma el CO2 del medio regulando el pH

y transportndolo. La hemoglobina a pH ms bajo va

aumentando su P50 (la curva se desplaza a la

derecha). La hemoglobina no transporta el CO2 y los

H+ con el grupo hemo.


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Cuando la hemoglobina llega a los tejidos encuentra

mucho CO2 (medio cido), bajo el pH. Esta bajada de

pH hace que la hemoglobina pierda afinidad por el O2,

y lo suelta (efecto Bohr). En los alveolos llega con el

CO2 y al haber un pH mayor suelta el CO2 y coge el O2.

El mecanismo del efecto Bohr consiste en que para

entrar el O2, debe romper puentes salinos entre

cadenas de la hemoglobina. Los puentes salinos se

dan entre cadenas laterales de asprticos y argeninas,

entre coo- terminales y lisinas, y entre coo- y NH3+

terminales. Cuando baje el pH, la histidina se protona

y establece sus puentes con el asprtico ms

fcilmente. Al aumentar el pH, la histidina pierde H+ y

se limitan los puentes de hidrgeno.

El O2 tiene ms dificultad para entrar cuando el pH es

bajo pues se estabilizan los puentes de hidrgeno

(desoxihemoglobina). Cuando hay pocos puentes

salinos (pH alto) el O2 entra mejor (oxihemoglobina).

El CO2 se transporta disuelto en el plasma o como

carbonatos unidos a los aminos terminales. Los

protones que acompaan al CO2, se transportan con

la histidina 146.

BPG (2,3-bisfosfoglicerato): se encuentra en losglbulos rojos en alta concentracin a pH=7 tiene 4E.

se coloca un BPG en el medio de una hemoglobina

estableciendo enlaces con NH3+ terminales. Establece

puentes salinos adicionales con la hemoglobina

disminuyendo la afinidad de la hemoglobina por el O2

(ms puentes salinos, ms dificultad para entrar). Por

ello, la presencia de BGP en la sangre permite que la

hemoglobina suelta el O2 para que lo utilicen las

clulas.

La hemoglobina fetal (Hb F) es diferente a la adulta,

ya que tiene ms afinidad por el O2 que la

hemoglobina materna. Esto es una ventaja para que

el O2 pase de la madre al hijo (la sangre no se

comunica). El BGP y al hemoglobina b F se unen con

menos fuerza y esto determina este hecho.


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Esto es porque una histidina de la hemoglobina b F ha

sido sustituida por una serina (menos carga, menos

puentes salinos, ms afinidad por el O2).

Los organismos adultos tenemos hemoglobina A

(adulta), en cambio, el feto no sintetiza hemoglobina

A, sino que sintetiza cadenas de hemoglobina F

(fetal). La hemoglobina F en lugar de tener dos

cadenas y dos cadenas tiene dos cadenas y dos

cadenas , que se parecen a las pero no son

idnticas.

La hemoglobina F tiene una afinidad por el O2 mayor

que la hemoglobina A. las cadenas se unen al BPG

con menos fuerza que las de los adultos, y por tantolos glbulos rojos fetales actan como si tuvieran

muy poco BGP ya que hay menos puentes salinos.

8. ENFERMEDADES GENTICAS DE LA HEMOGLOBINA:

- Anemia falciforme: la causa de esto es que el gen que codifica la sntesis dela cadena de la hemoglobina est afectado de modo que en vez de

aparecer aminocido glutmico aparece una valina, que es hidrofbica, y en

vez de aparecer aminocido cargado aparece un aminocido hidrofbico dela parte externa de la cadena y surgen as una serie de parches

hidrofbicos, de tal manera que la molcula de hemoglobina forma fibras y

deforma el glbulo rojo.

Los glbulos rojos estn deformados. Es transmitida de padres a hijos. Se

produce porque la hemoglobina tiene un glutmico cambiado por una

valina. El glutamico (polar cargado) est afuera y la valina (apolar) se intenta

esconder de ambientes acuosos, unindose con otra valina de otra

cadena , deformndose la molcula y deja de transportar O2. Los

homocigticos mueren, los heterocigticos tienen 50% de hemoglobina

sana. Resisten a la malaria.


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9. MODELO RECIENTE DE LA COOPERATIVIDAD:

Cuando hay poco O2 se oxigenan slo una unidad o como mucho dos de la

molcula de hemoglobina, en lugares prximos (estado T).

Cuando hay varios O2, se oxigena una unidad de cada dmero o ms (estado R).

Por tanto no todas las hemoglobinas estn igual oxigenadas.

Tema 2 Bioquimica

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