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Unidad 1Aminoácidos yProteínasBIOQUÍMICA GENERAL DBIO FACULTAD DE MEDICINA Y CIENCIAFuncionLas funciones de las proteínas son múltiples debido a la diversidad posible de estructuras.TRANSPORTEADHESIÓN CELULARPROTEÍNAS DE MEMBRANA ASISTENCIAINMUNIDADCOMUNICACIÓNCATÁLISISMOVIMIENTOAlbúmina, hemoglobin...

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Unidad 1

Aminoácidos y Proteínas

BIOQUÍMICA GENERAL DBIO1037 FACULTAD DE MEDICINA Y CIENCIA

Funcion Las funciones de las proteínas son múltiples debido a la diversidad pos

MOVIMIENTO Miosina, actina TRANSPORTE Albúmina, hemoglobina

ADHESIÓN CELULAR Integrinas, caderinas

CATÁLISIS Enzimas

D

COMUNICACIÓN Hormonas, proteínas de señalización

DIVERS PROTEÍNAS DE MEMBRANA

INMUNIDAD

Resultado de aprendizaje

Relaciona los niveles de organización estructur proteínas con la función biológica, considerando aminoácidos involucrados y las interacciones con ambiente.

Recursos Cognitivos

AMINOÁCIDOS

ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS

FUNCIÓN DE PROTEÍNAS

¿Qué son? ¿Cómo funcionan?

¿Cómo se organizan estructuralmente los

¿Cómo se relaciona la estructura con la función de

Aminoácidos Son moléculas que contienen a lo menos un grupo amino y un grupo ca

R – NH2 R1 – NH – R2 R1 – N – R2

O R–C OH

– R3 GRUPO AMINO

GRUPO CARBOXI

Función orgánica nitrogenada unida

Función orgánica oxigena

Aminoácidos Son moléculas que contienen a lo menos un grupo amino y un grupo ca

Ácido g-aminobutírico (GA Ácido aminolevulínico

a-aminoácidos Son aminoácidos en los que los grupos amino carboxilo están unidos al denominado carbono alfa (a a).

Ácido g-aminobutírico (GA Ácido aminolevulínico

a-aminoácidos Son aminoácidos en los que los grupos amino carboxilo están unidos al denominado carbono alfa (a a).

Alanina

a-aminoácidos clásicos C

d

l

20

LEVODOPA

a-aminoácidos no c

a-aminoácidos clásicos Presentan una estructura genérica, basada en cuatro grupos unidos al c hidrógeno, amino, carboxilo y cadena lateral (R).

R NH2

Ca

COOH

H

El carbono a (central) es quiral en

L-a a-aminoácido

a-aminoácidos clásicos La cadena lateral es lo que le proporciona identidad y reactividad espe aminoácido. (Triptofano)

204Da

-

R

75Da

(Aspa

(Glicina)

TAMAÑO NH2

Ca

POLARIDAD

COOH

(Fenilalanina)

H

Polar

Apolar

CARG REACT

Las cisteínas se pueden oxidar formando puentes disulfuros entre distintas partes de una proteína.

Tamaño de a-aminoácidos El tamaño de las cadenas laterales es específico para cada a-aminoácid repercute en su disposición cuando forma parte de proteínas. Lisina Glicina

Alanina

Fenilalanina

Ácido glutámico

Histidina

Polaridad de a-aminoácidos Las cadenas laterales de los a-aminoácidos pueden presentar grupos po determinando sus posibilidades de interactuar con agua.

Serina

a-am Puente de hidrógeno

Fenilalanina

Cadena y poco

a-am Cadena

Reactividad redox de a-aminoácidos Existen pocos a-aminoácidos con la capacidad de entregar electrones. D determinada por la presencia de azufre (S) en la cadena lateral. Cisteína

R

Se pueden oxidar, por lo que se pueden comportar como reduc

Carga de a-aminoácidos La carga de los a-aminoácidos depende de su reactividad ácido-base, d presencia de grupos amino y carboxilo (ionizables). Fenilalanina

Lisina

Serina

¡Es una amida!

Gl t

i

Ácido gl támico

Ionización de a-aminoácidos Los aminoácidos pueden ionizarse en virtud de la reactividad ácido-bas carboxilo y amino.

(base) R

R

NH2 H+

NH2

R

NH3+

Ca

H

COOH

Ionización de a-aminoácidos Los grupos ionizados y no ionizados reciben nombres diferentes y tiene propiedades ácido-base.

NH2

R

Grupo AMINO

R

+

H+

R

Grupo AMONIO

(base)

COOH

NH3+

R

COO-

Ionización de a-aminoácidos Por convención, las ionizaciones siempre se escriben como reacciones d constante de acidez (Ka) indica el grado de acidez de estos grupos.

R

NH3+

Grupo AMONIO

R

COOH

R

NH2

Grupo AMINO

(ácido)

R

COO-

+

H+

(base)

+

H+

Ionización de a-aminoácidos Cada vez que se valora el grado de acidez de dos o más grupos químicos valores de Ka o pKa.

Ka =

[base] [H+] [ácido]

pKa = - Log Ka

Mejor ácido MAYOR Ka

MENOR pK

Ka pK

Ionización de a-aminoácidos Cada vez que se valora el grado de acidez de dos o más grupo químico, valores de Ka o pKa.

R NH2

Ca

pKa = 11

COOH pKa = 3

H

Asignar un valor de grupo básico es UN

Ionización de a-aminoácidos Cada vez que se valora el grado de acidez de dos o más grupo químico, valores de Ka o pKa.

¿Cuál de estos grupos es el m

R

¿Cuál es el peor ácid NH3+

Ca

pKa = 11

COOH pKa = 3

H

¿Cuál tiene más facilidad para ent ¿Para cuál es más difícil entreg

Ionización de a-aminoácidos El valor de pKa es el más útil, ya que permite deducir el estado de ioniza grupos ionizables de los aminoácidos a diferentes pH del medio.

ÁCIDO R

Si el pKa = 3

BASE R

AH

A-

+

H+

pH ÁCIDO BASE

pKa ÁCIDO

ÁCIDO

BASE

¿A qué pH ¿A qué pH ¿A qué pH concentrac base?

Ionización de a-aminoácidos El valor de pKa es el más útil, ya que permite deducir el estado de ioniza grupos ionizables de los aminoácidos a diferentes pH del medio.

ÁCIDO R

Si el pKa = 1

BASE R

AH

A-

+

H+

pH ÁCIDO BASE

pKa ÁCIDO

ÁCIDO

BASE

¿A qué pH ¿A qué pH ¿A qué pH concentrac base?

Ionización de a-aminoácidos Los a-aminoácidos presentan a lo menos dos grupos ionizables (y dos v por lo que pueden sufrir a lo menos dos reacciones de ionización. ÁCIDO BASE

pKa2 = 10

pKa1 = 3

R

R H+

H+

NH3+

Ca

pKa = 11 H

COOH

pKa = 3

NH3+ H+

Ca

H+

pKa = 11 PEOR

COO-

H

Ionización de a-aminoácidos Los a-aminoácidos presentan diferente carga neta, dependiendo de los ionizables y el pH del medio. ÁCIDO BASE

+1

pKa1 = 3

pKa2 = 10

0

R

R H+

H+

NH3+

Ca

pKa = 11 H

COOH

pKa = 3

NH3+

Ca

COOH+

H+

H

Ionización de a-aminoácidos Los a-aminoácidos presentan diferente carga neta, dependiendo de los ionizables y el pH del medio.

ÁCIDO BASE

+1 Especie mayoritaria con carga neta positiva (protonada)

pKa1

0 Especie mayoritaria con carga neta neutra

pKa2

ma carga (de

Especie zwitteriónica y punto isoeléctrico La especie zwitteriónica es aquella con carga neta cero y el punto isoelé corresponde al pH en el cual sólo está presente esta especie.

ÁCIDO BASE

pKa1

pI

pKa2

Sólo zwitterión presente Especie mayoritaria con carga neta +1

Especie mayoritaria con carga neta 0

ma

Especie zwitteriónica y punto isoeléctrico El punto isoeléctrico se calcula como un promedio de pKa de los 2 grup ionizarse, generan el zwitterión.

ÁCIDO BASE

pKa1

pI

pI =

pKa2

pKa1 + pKa2 2

Especie zwitteriónica y punto isoeléctrico El punto isoeléctrico se calcula como un promedio de pKa de los 2 grup ionizarse, generan el zwitterión.

ÁCIDO BASE

R

pKa1 3

pI 7

pKa2 11

¿Cuál es el punto isoeléc aminoácido? NH3+ pK = 11

Ca

COOH

¿Qué especies serán ma

Especie zwitteriónica y punto isoeléctrico Cuando un a-aminoácido presenta tres grupos ionizables (tres valores d tres reacciones de ionización.

Lisina H3

pKa = 2,2

+

pKa = 10.5

+

NH3

3 grupos ionizables 1 grupo carboxilo 2 grupos amonio

pKa = 9,0

protonación pI = 9,8

En cada i el grupo

Especie zwitteriónica y punto isoeléctrico Cuando un a-aminoácido presenta tres grupos ionizables (tres valores d tres reacciones de ionización.

pKa = 4

Ka = 2,2 +

Ácido glutámico

NH3

pKa = 9,7

protonación pI = 3,3

3 grupos ionizables 2 grupo carboxilos 1 grupo amonio

En cada i el grupo

Clasificación de a-aminoácidos Existen muchas formas de clasificar a-aminoácidos. Una de las más usad cadena lateral.

Leucina

Fenilalanina

APOLARES ALIFÁTICOS

APOLARES AROMÁTICOS

Cadena lineal sin grupos polares

Cadena aromática sin grupos polares

Clasificación de a-aminoácidos Existen muchas formas de clasificar a-aminoácidos. Una de las más usad cadena lateral.

Treonina

Histidina

POLARES SIN CARGA

POLARES POSITIVOS

Cadena con grupos l i i bl

Cadena con grupos amino (BÁSICOS)

PO Cade

Resultado de aprendizaje

Relaciona los niveles de organización estructur proteínas con la función biológica, considerando aminoácidos involucrados y las interacciones con ambiente.

Enlace peptídico Corresponde al enlace que se forma entre dos aminoácidos, a través d condensación (salida de agua).

R NH2

Ca

H

R CO

NH

Ca

H

Enlace peptídico Este enlace forma una nueva función orgánica (amida), que tiene difere la de los grupos carboxilo y amina que reaccionaron.

H NO SE IONIZA id

i

GEOMETRÍA PLANA i

i d l

ROTAC b

il

l

l

C

Péptidos Son polímeros pequeños formados por hasta 100 residuos de a-aminoá menos un enlace peptídico.

TRES ENLA

Péptidos Son polímeros pequeños formados por hasta 100 residuos de a-aminoá menos un enlace peptídico.

4 CAR

4 RESID AMI

TETR

Péptidos Son polímeros pequeños formados por hasta 100 residuos de a-aminoá menos un enlace peptídico.

4 CADEN

Péptidos Son polímeros pequeños formados por hasta 100 residuos de a-aminoá menos un enlace peptídico. Residuo de cisteína (Cys)

Residuo de glutamato (Glu)

2 GRUPO CAD 2 GRUPO CAD

+NH

3-Cys-H

Péptidos Son polímeros pequeños formados por hasta 100 residuos de a-aminoá menos un enlace peptídico.

+NH

3-Cys-His-Glu-Met-COO

Por convención el grupo amonio (o amino) se escribe a la izquierda

Por carbo es

AMINO TERMINAL N-TERMINAL “RÍO ARRIBA”

CARBO C“R

Secuencia

Clases de péptidos De acuerdo al número de residuos de a-aminoácido que presenten, rec especiales. NH2

NH2 NH2

COOH COOH

Angiotensina II (8 residuos)

OLIGOPÉPTIDOS

Glucagón (29 residuos)

Hormo (8

PÉPTIDOS

POL

Proteínas Son polímeros de más de 100 residuos de a-aminoácido (masa sobre 1 macromoléculas fundamentales para la función celular.

Fibrilares

Globulares

DIVERSIDAD DE FORMA Múlti l di

i ió

MÚLTIPLES FUNCIONES D d f

i

t

t

l

COD S

i t ti

Estructura primaria Corresponde al ordenamiento (secuencia) de los residuos de a-aminoá conforman a la proteína.

NH2

COOH

ESPECÍFICA

DETERMINADA GENÉTICAMENTE

C

Estructura primaria La forma que adopta una proteína es la expresión espacial de la inform estructura primaria. Glucagón

NH2-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Se Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asn-Thr-COOH

Niveles de organización proteica A partir de la estructura primaria se obtienen niveles jerárquicos de org de las proteínas.

ESTRUCTURA

ESTRUCTURA

ESTRUCTURA

Estructura secundaria

Corresponde a la organización espacial que resulta de la interacción a t de hidrógeno entre átomos que pertenecen al plano del enlace peptídic

Hélice a Estructura en forma de cable (helicoidal)

H Estruc d

Estructura secundaria La hélice a se forma con mayor facilidad con residuos de cadena alifátic Leu, Asp y Lys. Residuos de Pro provocan ruptura de la hélice.

EN PROMEDIO PRESE RESIDUOS POR VU

SE REPRESENTA COM CINTA

Ó

Estructura secundaria La hoja b se forma con mayor facilidad con residuos aromáticos y alifát como Thr, Val e Ile.

GENERALMENTE TIEN RESIDUOS DE LA

SE REPRESENTA COMO PARALELAS o ANTIPAR

Estructura secundaria La hoja b se puede presentar en dos conformaciones, dependiendo de cadena polipeptídica (siempre de N-terminal a C-terminal).

Hacia el C-terminal

Hacia el N-terminal

Hacia el N-terminal

CONFORMACIÓN

CONFORMA

Estructura de péptidos Debido a su pequeño tamaño, oligopéptidos y péptidos no alcanzan alto organización, sino usualmente estructura secundaria como máximo.

DESORDENADA (random coil)

HÉLICE a

Estructura terciaria Corresponde a la organización espacial que resulta de la interacción de secundarias entre sí y con el medio. Proteína soluble en agua

Sólo a Sólo b

a/b alternada

a+b independientes

DETERMINADA POR LAS ESTRUCTURAS SECUNDARIAS

RESIDUOS APOLARES

RESIDUOS POLARES

Coordin ion

Interacción hidrof

Proteína integral de membrana

DETERMINADA POR EL MEDIO

MANTENI DÉBILES

Estructura cuaternaria Organización espacial que resulta de la interacción entre dos o más cad (subunidades) cada una con su propia estructura terciaria. SOD1 Homodímero

ATP SINTASA Heteromultímero

Coordina ion

Fibrilares HEMOGLOBINA Heterotetrámero

DETERMINADA POR LAS ESTRUCTURAS

Interacción hidrofó Globulares

DETERMINADA POR INTERACCIONES PROTEÍNA-

MANTEN INTERACCIO

Fuerzas que mantienen la estructura proteica Los niveles de complejidad son jerárquicos, por lo que las fuerzas que m nivel son sumatorias a las del nivel precedente. Puente de hidrógeno

Coordinación de iones

Puente de hidrógeno

Puente de hidrógeno

Interacciones Hidrofóbicas

Puente disulfuro

Resultado de aprendizaje

Relaciona los niveles de organización estructur proteínas con la función biológica, considerando aminoácidos involucrados y las interacciones con ambiente.

Relación estructura-función de proteínas La función de proteínas está íntimamente relacionada con su estructura existen estructuras conservadas debido a la función que cumplen.

Motivo Walker A de unión a ATP

Dominio de unión a ATP

DOMINIOS Regiones de la proteína con una

Humano Vacuno Drosophila Arroz Bacteria

GVPNVGKSS GVPNVGKSS GVPNVGKSS GVPNVGKSA GIPNAGKST

Lys

MOTIVOS Secuencias de residuos de

RELACIÓN E a-

La forma de lo

Relación estructura-función de proteínas Una alteración de la estructura puede conducir a la pérdida de la funció proteínas, en distinto grado.

GVPNVGKSS

GVPNVGASS

ALTERACIONES ESPACIALES

MUTACIONES

Ala

PÉRD

Conformación nativa de proteínas Corresponde a la estructura espacial de menor energía de las proteínas expresa la función biológica. Estructura primaria

Conform ple

Conformaciones no plegadas

Conformaci plegamiento i Conformaciones de plegamiento intermedio

Conformación nativa de proteínas Corresponde a la estructura espacial de menor energía de las proteínas expresa la función biológica. ARNm Ribosoma

Proteína nativa

Péptido naciente

Chaperonas

PLEGAMIENTO ESPONTÁNEO

PLEGAMIENTO ASISTIDO POR CHAPERONAS

ALT

Pérdida de la conformación nativa La conformación nativa de proteínas puede perderse de dos maneras: m o desnaturalización.

HIDRÓLISIS

DESNATURALIZACIÓN

Pérdida de organización espacial

Pérdida de organización

Hidrólisis del enlace peptídico Es la reacción inversa a la condensación que forma el enlace peptídico, el enlace y regenera a-aminoácidos libres.

R NH2

Ca

H

R CO

NH

Ca

H

Hidrólisis de proteínas Dado que rompe el enlace peptídico, la hidrólisis provoca una disrupció primaria de las proteínas y, por lo tanto es irreversible.

Ácidos o bases fuertes

100ºC 48 horas

Bromuro de cianógeno

ALTERA LA ESTRUCTURA PRIMARIA R

l

tídi

Tri

HIDRÓLISIS QUÍMICA P d id

t

í i

HIDRÓ I t

Desnaturalización de proteínas Corresponde a la pérdida de la organización espacial de proteínas, sin p estructura primaria. En algunos casos puede ser reversible. Agentes reductores Temperatura Deterg OVOALBÚMINA (irreversible)

Urea Alta fuerza iónica Ácido bases dé

AGENTES FÍSICOS

AGENTES QUÍMICOS

Proteínas conjugadas Son proteínas que contienen moléculas constituyentes que no son de na La porción proteica se denomina apoproteína.

LIPOPROTEÍNAS METALOPROTEÍNAS

LDL

Calmodulina FLAVOPROTEÍNAS

Grupos prostéticos Estos grupos, generalmente unidos a la proteína conjugada por un enlac permiten interacciones específicas con moléculas redox activas. Intercambio de electrones

Grupos Fe-S

Interacción c...