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Resumen: Estructura DE Proteinas...

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ESTRUCTURA DE PROTEINAS ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS -

PRIMARIA: es la secuencia de aminoácidos que forman la proteína. . estudio del enlace peptidico SECUNDARIA: α hélice y conformación β TERCIARIA: dominios estructurales y funcionales de las proteínas CUARTERNARIA: son subunidades de proteínas mayores, hay una interacción entre ellas. ESTABILIDAD DE LA ESTRUCTURA PROTEICA: o Desnaturalización o Plegamiento de proteínas o Proteostasis o Patologías relacionadas con plegamientos defectuosos de proteínas.

PROTEINAS Son polímeros de aminoácidos, hay 20 aa fundamentales la naturaleza escogió la conformación L sobre la D para la formación de proteínas. Las conformaciones L y D son esteroisomeros, es decir, forman imágenes especulares.  

Formas L: cuando tienen el amino a la izquierda Formas D: cuando el extremos amino esta a la derecha.

Las formas L son mas insolubles. La solubilidad facilita su reactividad. AMINOACIDOS Se pueden clasificar en: -

R-APOLAR: Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Met y Pro R-POLAR: Ser, Thr,Cys, Asn y Gln R- CARGA POSITIVA: Arg, Lys, His R-CARGA NEGATIVA: Asp y Glu R-AROMATICO: Phe, Tyr, Trp

Se ingieren con la dieta.

La secuencia de aminoácidos es la que define la estructura de las proteínas y su disposición en el espacio.

Los aminoácidos son MOLÉCULAS ANFÓTERAS. Esto quiere decir que cuando están en medio acido gana protones, actuando como una base. Y cuando está en medio básico cede protones, actuando como un acido. Se denomina punto isoeléctrico al pH al cual la molécula tiene una carga neta cero.

Se denomina pKa al pH en el que hay un 50% de cada una de las moléculas que hay en el equilibrio. Siendo la Ka la constante del equilibrio que determina la facilidad o dificultad de disociación. ENLACE PEPTIDICO Los péptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptidico. Es un enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, dando lugar al desprendimiento de una molécula de agua. Un enlace covalente es una estructura resonante, pueden formar estructuras diferentes con los enlaces que forman el enlace peptidico. Esto implica que tenemos un doble enlace que es un enlace más rígido y no permite la rotación de los átomos que forman ese enlace, es importante porque va a definir la estructura de las proteínas. CARACTERISTICAS DEL ENLACE PEPTIDICO 1. El enlace C-N tiene “cierto” carácter de doble enlace 2. NO existe libertad de rotación alrededor del enlace C-N 3. La rigidez de este enlace hace que los átomos que lo forman estén en el mismo plano 4. Oxigeno e hidrogeno están en posición TRANS La longitud del enlace C-N es menor que la de un enlace sencillo y mayor que la de un doble enlace C-N. La prolina es un aminoácido atípico, su grupo amino forma un ciclo con el carbono y hace que sea rígido obligándolo a tener una disposición determinada y puede ser tanto Cys como Trans. Al estar los átomos que forman el enlace peptidico en un mimo plano la cadena de proteína adopta una estructura en zig-zag NOMENCLATURA DE LOS PEPTIDOS Empezamos por el grupo amino del primer aminoácido (amino terminal) ponemos la secuencia de aminoácidos, todos ellos terminados en –il porque son radicales y el ultimo aminoácido que forma la cadena con terminación –ina. PROPIEDADES DE LOS PEPTIDOS Tienen comportamiento como ácidos o como bases dependiendo del medio en el que se encuentren. Los grupos implicados con el amino terminal, carboxilo terminal y los grupos R ionizables. El punto isoeléctrico es el pH al cual la molécula tiene una carga neta de cero. -

Si el pH es igual al punto isoeléctrico, la molécula no tiene carga.

-

-

Si el pH es mayor que el punto isoeléctrico la molécula tendrá carga negativa, porque tiende a soltar todos los protones de la proteína. Si el pH es menor que el punto isoeléctrico, entonces la proteína tendrá una carga positiva, ya que tendera a captar los protones del medio.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS ESTRUCTURA PRIMARIA La estructura primaria es la secuencia lineal de los aminoácidos, unidos entre ellos por un enlace covalente denominado, enlace peptidico, que mantiene la secuencia de proteínas unidas. Podemos encontrar enlaces disulfuro, entre los aminoácidos de la misma cadena (intercatenario) o de cadenas diferentes (intercatenarios). Estos enlaces son posibles por la presencia de Cisteinas en la secuencia de aminoácidos. Los puentes disulfuro también influyen en la función de la proteína, como es el caso de la insulina bovina.

ESTRUCTURA SECUNDARIA Es la disposición espacial de la cadena peptidica (aminoácidos adyacentes en la cadena) en el espacio. Dos disposiciones regulares mas comunes: -

α-HELICE: estabiliza por enlaces de hidrogeno entre residuos próximos en la secuencia. HOJA β: estabilizada por enlaces de hidrogeno entre segmentos adyacentes, que pueden estar alejados en la secuencia.

Ambas se estabilizan por puentes de hidrogeno. -

Disposiciones irregulares PLEGAMIENTO ALEATORIO.

de

la

cadena

polipeptidica:

CARACTERISTICAS DE LA α-HELICE Tiene un tamaño de 3,6 aa por vuelta. La hélice es como un tubo hueco de 5 A de diámetro interno, 10 A de diámetro externo. Los grupos R de los aminoácidos quedan orientados hacia fuera de la hélice. ESTABILIDAD DE LA HELICE

1. Se estabiliza por puentes de hidrogeno, que son enlaces débiles, pero muchos enlaces débiles, hacen una estructura muy estable. Se forman entre los distintos átomos que forman el enlace peptidico (O-H). los enlaces quedan casi paralelos al eje de la hélice. Los enlaces se establecen entre el aa 1 y el siguiente que esta desplazado 4 posiciones en la cadena de aminoácidos. Cada aminoácido puede formar dos enlaces de hidrogeno, salvo los extremos de la hélice, que en este caso solo pueden formar uno. a) Los cuatro primeros aminoácidos de la hélice y los cuatro últimos sólo podrán formar un enlace de hidrógeno en vez de dos, por lo tanto la hélice α suele ser más estable en la zona central que en los extremos. Para compensar esta pérdida, los aminoácidos de los extremos suelen ser polares y forman puentes de H con sus cadenas laterales y la cadena lateral de otros aminoácidos de la hélice. En los extremos se sitúan los aminoácidos polares que estabilizan los extremos del dipolo , en el carboxilo terminal se colocaran los aminoácidos con carga + y en el extremo amino terminal los que tenga el R con carga -. b) En la hélice los momentos dipolares de todos los aminoácidos están perfectamente alineados, con lo que se forma un dipolo total con una carga parcial positiva en el extremo N-terminal y una carga parcial negativa en el extremo C-terminal. 2. También influye la naturaleza de los grupos R próximos en el espacio (n y n+4). Si los grupos R son muy voluminosos (Thr,Leu, Asn) se desestabiliza la hélice, porque no caben en el empaquetamiento y esas repulsiones estéricas tienden a formar otro tipo de estructuras. 3. Los R quedan hacia el mismo lado y si tienen diferente carga, estabilizan la hélice, por el contrario si tienen la misma carga la hélice se desestabiliza. 4. Presencia de aminoácidos disruptores de hélices a. El enlace NCα tiene un giro restringido por encontrarse formando parte de un anillo b. El N de su enlace peptidico no tiene unido un H para formar un enlace de hidrogeno con el aminoácido en (n+4) c. El metileno unido al N del enlace peptidico también provoca impedimentos estéricos que hacen que la hélice tienda a romperse en el punto donde esta la prolina. Por eso no encontramos prolina en los giros de estructura. Solo puede formar un puente de H. La glicina al tener una gran flexibilidad puesto que su cadena lateral es solo un H, suele estar en los acodamientos al final de la hélice.

HOJA β PARALELA Y ANTIPARALELA Dentro de una hoja es posible la orientación de dos cadenas de forma paralela o antiparalela. Hay hasta 6 segmentos de proteínas distintos. -

-

ANTIPARALELA o Corren en sentidos opuestos o Se estabilizan formando puentes de H entre los átomos que forman el enlace peptidico o Es la mas frecuente o Los átomos están realmente próximos. o Los grupos R van a quedar por encima o por debajo del plano, lo que hace ue sea menos restrictiva que la hélice. o 7A PARALELA o Corren en el mismo sentido o Se estabilizan por puente de H o Se encuentran menos en la naturaleza o Ligeramente desplazados, ese angulo hce que el enlace sea mas débil. o Los grupos R por encima o por debajo del plano. o 6,5 A

GIROS β   



Aparecen frecuentemente cuando las cadenas de las hojas β cambian de dirección (es decir, en las antiparalelas) En el giro de 180º participan cuatro aminoácidos. El giro se estabiliza por un puente de hidrogeno entre un oxigeno carbonilico y el hidrogeno de un grupo amida de un aminoácido situado tres posiciones por delante en la cadena peptidica Prolina en posición 2 o glicina en posición 3 son comunes en los giros.

No todos los aminoácidos de una proteína van a adoptar estructuras secundarias, ni todos tienen que tenerla. Va a adoptar diferentes estructuras secundarias dependiendo del entorno, se va a adoptar la estructura mas estable según sus interacciones. ESTRUCTURA TERCIARIA Es la disposición espacial de todos los átomos de una proteína. La estructura terciaria esta determinada por su estructura primaria, es decir, la secuencia de aminoácidos. Para todas las proteínas hay solo una estructura terciaria que la permite realizar la función correspondiente, se denomina CONFORMACION NATIVA, en la que se va a encontrar en la naturaleza. Esta estructura disminuye la entropía de la molécula.

Está estabilizada por numerosas interacciones débiles entre las cadenas laterales de los aminoácidos.   

Interacciones polares (puentes salinos, puentes de H) Interacciones hidrofobicas: entre las cadenas de establecen interacciones débiles. Puentes disulfuro: entre residuos de Cisteina

Las interacciones se establecen entre aminoácidos alejados en la secuencia. Pueden formarse dos tipos de estructuras que influirán en la función de la proteína: -

Fibrosas Globulares (solubles en agua): son las mas frecuentes. La solubilidad depende de los grupos polares que tengan en los extremos R. la presencia de aminoácidos hidrofobicos producen la exclusión del agua, situándose en el interior de la conformación.

ESTRUCTURAS PLEGAMIENTO

SUPERSECUNDARIAS

/MOTIVOS

DE

Cuando se analiza la estructura terciaria, se observan estructuras secundarias que predominan. 1. Son disposiciones muy estables de varias elementos de estructura secundaria y las conexiones entre ellos. a. Conexiones entre ellos NO se cruzan, ni forman nudos. b. Si coexisten α-helice y hojas β se sitúan en diferentes planos c. Las hojas β están giradas en sentido dextrógiro 2. Los motivos proteicos constituyen la base de la clasificación estructural de las proteínas. Se clasifican en cuatro grandes clases: a. Clase 1: todo α b. Clase 2: todo β c. Clase 3: α/β d. Clase 4: α+β DOMINIOS FUNCIONALES Conjunto de cientos de aminoácidos (50-200aa) que constituyen unidades compactas para determinar una función específica dentro de la proteína.  

Pueden contener varias estructuras secundarias Incluso se mantienen al separarlos del resto de la proteína

Tienen distintas estructuras secundarias. Normalmente cada dominio desempeña una función y se encuentra en la mayoría de las proteínas importantes para dicha función.

ESTRUCTURA CUARTERNARIA Es el ensamblaje de varios polipeptidos individuales (subunidades) en un complejo funcional. La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas aminoacidas que gracias a su unión realizan el proceso de la disfunción, dando así un resultado favorable ante las proteínas ya incrementadas. A través de la organización proteica cuaternaria se forman estructuras de gran importancia biológica como los microtúbulos, microfilamentos, capsómeros de virus y complejos enzimáticos. También las fibrillas colágenas encontradas en el espacio extracelular del tejido conjuntivo están constituidas por la agregación de cadenas polipeptídicas de tropocolágeno. En general, la estructura cuaternaria da la función de la proteína, pero hay ejemplos de las proteínas activas fuera de su complejo cuaternario. Arreglos de subunidades pueden conferir en el complejo cuaternario o punto de eje de simetría, pero esto no es obligatorio. El alosterismo trata de regulación enzimática de las propiedades de una proteína multimérica. En cuanto a la estructura cuaternaria, el alosterismo puede ser captado como consecuencia del movimiento relativo de un monómero en las propiedades multiméricas ESTABILIDAD DE LA ESTRUCTURA TERCIARIA Las proteínas pueden perder su estructura tridimensional, lo cual lleva consigo una perdida de su función biológica. DESNATURALIZACION: es la perdida total de tridimensional. Se produce por determinados agentes:

la

estructura

Cuando se desnaturalizan las proteínas precipitan. Puede ser reversible o irreversible. Mientras se mantenga la estructura primaria la proteína puede volver a adoptar la estructura terciaria dependiendo del tiempo. La reversibilidad es muy lenta porque es un proceso termodinámicamente desfavorable. También hay agentes desnaturalizantes como la urea, cloruro de Guanidinium y el β-mercaptoetanol. Este ultimo produce la reducción de los enlaces disulfuro de las proteínas asi aparecen como grupos tioles y el β-mercaptoetanol se oxida. DESNATURALIZACION REVERSIBLE DE LA RIBONUCLEASA A A través de una serie de experimentos se purifico la proteína y se encontró que si perdia su estructura globular y por tanto perdía su función. Cuando se retiraban los agentes desnaturalizantes descubrió que era un proceso reversible, es decir, una vez renaturalizada volvía a tener su función. Ambos procesos son cooperativos. Es una proteína globular de 124 aa secretada por el páncreas al intestino para hidrolizar ácidos nucleicos de la dieta.

TERMOSENSIBILIDAD PROTEINAS

O

TERMORESISTENCIA

DE

LAS

Gracias a las proteínas termoresistentes las bacterias que viven en condiciones extremas pueden seguir haciendo sus funciones. Cuando se aumenta la temperatura y se rompen los enlaces termosensibles aveces se rompen enlaces que no son sensibles, esto explica los saltos en la grafica. Esto es lo que hace que aumentando un poquito la temperatura, la desnaturalización sea enorme. Esto es una acción cooperativa entre la ruptura de enlaces y la temperatura. Cuando se forman enlaces que unen un poco las cadenas para su renaturalizacion hace que se vuelvan a formar los otros enlaces. En las células las proteínas son mucho más estables, por unos sistemas que tienen las células: CHAPERONAS (HP) Previenen el plegamiento incorrecto. Cuando una proteína se empieza a desnaturalizar, se unen a ella y facilitan que la proteína vuelva a adaptar su estructura. Las chaperonas no promueven activamente el plegamiento de proteínas, pero previenen la agregación de péptidos desplegados. Son proteínas pequeñas, también llamadas, proteínas de choque térmico.

PROTEOSTASIS Diferentes procesos contribuyen al mantenimiento de la funcionalidad proteica de una celula. Hay veces que es inevitable que se desnaturalicen y finalmente son desnaturalizadas. Estos sistemas solo evitan que la proteína siga desnaturalizándose, la mantiene aislada de las proteínas de la misma naturaleza y asi evita su precipitación. No promueven el plegamiento, activamente, solo facilitan que vuelva a adquirir su conformación nativa. Para ello es necesario aportar energía en forma de ATP. CHAPERONINAS Contribuyen al plegamiento correcto de las proteínas. Si la alteración no es muy importante se puede recuperar. Son proteínas con estructura de barril hueco donde por un mecanismo de interacción permite la entrada de las proteínas que pierden su estructura terciaria y hacen que se vuelva a conformar su estructura nativa. Esto lo va a conseguir a costa de hidrolizar una gran cantidad de ATP. Cada una de sus subunidades puede hidrolizar una molécula de ATP.

PROTEOSOMA: degrada las proteínas que no se ha conseguido su renaturalizacion. PLEGAMIENTO INCORRECTO El plegamiento incorrecto de proteínas es la causa de diferentes enfermedades. AMILOIDES: αhelice pero en estructura β, estructura globular. Cuando pierden su estructura nativa permite que las β interaccionen entre si. Se forman precipitados de β-amiloide, al formar estos polímeros son insolubles y precipitan. Esto es lo que da lugar al conocido ALZEHIMER. Esto sucede cuando las chaperonas y chaperoninas fallan. ENFERMEDADES PRIONICAS PRION: una pequeña partícula infecciosa de naturaleza proteica y que es resistente ala inactivación por los procedimientos de modificación de ácidos nucleicos. Las enfermedades prionicas se denominan frecuentemente como, ENCEFALOPATIAS ESPONGIFORMES, debido a la apariencia de los cerebros postmorten con grandes vacuolas. Probablemente la mayoría de las especies de mamíferos desarrollan estas enfermedades. La presencia de la proteína que pierde su conformación nativa se infecta con los priones. Son muy comunes en el sistema nervioso y hay distintas enfermedades. La proteína prionica se forma por mutación, se adquiere una conformación en la que predominen las conformaciones β. Si esta entra en contacto con proteínas normales, hacen que estas adquieran otra conformación, que producen placas y vacuolas o agujeros en el cerebro. Esa cualidad para cambiar la conformación es lo que la determino como agente infeccioso. Son proteínas que están en la membrana....