Proteinas Unidad 1 PDF

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contenidos basicos sobre proteinas...

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Aminoacidos

Son moleculas que contienen a lo menos un grupo amino y un grupo carboxilo. Estos si son Protonado: NH3+ GRUPO AMINO: alfa-aminoacidos Funcion organica aa tiene Estos nitrogenada unida amina no son a carbonos que NO primaria alfa-aa forman parte de grupos carbonilo. Basico (Capta) a -aminoacidos: Son aminoacidos en los que los grupos amino y carboxilo GRUPO CARBOXILO: Funcion organica estan unidos al mismo carbono, denominado carbono alfa (a). oxigenada, a-aminoacidos no clasicos: a-aminoacidos clasicos: formada por un Son a-aminoacidos no Corresponden a los alcohol unido a proteinogenicos, que 20 a-aminoacidos que presentan funciones un carbonilo. Acido(cede) forman parte de las metabolicas. proteinas. Caracteristicas en las cadenas laterales Presentan una estructura generica, basada en cuatro grupos unidos al carbono (quiral): hidrogeno, amino, carboxilo y cadena lateral (R). Imagenes Especulares

a-aminoacidos clasicos:

a

En todos los a-aminoacidos (excepto en la Glicina)

Solo hay de tipo L, en el organismo

Forman parte de las proteinas

2- Tamaño de a-aminoacidos: El tamano de las cadenas laterales es especifico para cada a-aminoacido y este tamano repercute en su disposicion cuando forma parte de proteinas.

La cadena lateral es lo que le proporciona identidad y reactividad especifica a cada a-aminoacido.

1- Polaridad de a-aminoacidos Las cadenas laterales de los a-aminoacidos pueden presentar grupos polares o apolares, determinando sus posibilidades de interactuar con agua.

a-aminoacido polar: Cadena lateral soluble en agua y poco soluble en lipidos. F-H / O-H / N-H

a-aminoacido apolar: Cadena lateral poco soluble en agua y soluble en lipidos.

El carbono Quiral esta unido al amino y al carboxilo

3- Reactividad redox de a-aminoacidos: Existen pocos a-aminoacidos con la capacidad de entregar electrones. Dicha actividad esta determinada por la presencia de azufre (S) en la cadena lateral.

H2O

CH

H2O

(SH) 2 grupos tiol forman puente

disulfuro (enlace entre cisteinas)

4- Carga de a-aminoacidos:

Amina: NH2/NH/N La carga de los a-aminoacidos depende Amida: CO-NH2 de su reactividad acido-base, dada solo por la presencia de grupos amino y La amida no tiene un grupo Polar sin carga ionizable por eso es sin carga carboxilo (ionizables). Con carga: Cuando en la cadena lateral tiene un A.Carboxilico (COOH) o un Grupo Amino (NH2,NH o N)

Ionizaciondea-aminoacidos Los aminoacidos pueden ionizarse en virtud de la reactividad acido-base de sus grupos carboxilo y amino.

Polar con carga

Los grupos ionizados y no ionizados reciben nombres diferentes y tienen distintas propiedades acido-base.

Amonio se encuentra cargado

Grupo AMINO no se encuentra cargado

Base: Capta protones y queda con carga +

Acido: pierde protones y queda con carga —

Por convencion, las ionizaciones siempre se escriben como reacciones de acidos. La constante de acidez (Ka) indica el grado de acidez de estos grupos.

Cada vez que se valora el grado de acidez de dos o mas grupo quimico, se comparan sus valores de Ka o pKa.

Mejor Acido: ·Menor Pka ·Mayor Ka

+ Disociacion y + [ ] de protones H+ Peor Acido: ·Mayor Pka ·Menor Ka

El valor de pKa es el mas util, ya que permite deducir el Estado de ionizacion de los grupos ionizables de los aminoacidos a diferentes pH del medio.

Mas acido disminuye el pH Menor Pka

ACTIVIDAD

Amonio Pka=11 Carboxilo Pka=3 Si el pKa =3: Considerar que la reaccion ¿A que pH habra mas acido?llega al equilibrio cuando Pka=3 ¿A que pH habra mas base? entonces es neutro con pH=3 ¿A que pH habran concentraciones iguales de acido y base?

1- Pka es 3 indica que el llega al equilibrio cuando el pH=3, si el pH es mas bajo aumenta la concentracion de protones entonces seria mas acido 2- PH mayor a 3 sera basico 3- PH igual a 3

acido Mejor

Menor Pka

Mejor Acido

Menor pH

pH

Mas basico aumenta el pH

Peor acido

Mayor Pka

Menor pH

Mayor pH

Acido>Base

Base>Acido

Los a-aminoacidos presentan a lo menos dos grupos ionizables (y dos valores de pKa), por lo que pueden sufrir a lo menos dos reacciones de ionizacion.

Los a-aminoacidos presentan diferente carga neta, dependiendo de los pKa de sus grupos ionizables y el pH del medio.

Clasificacióndea-aminoácidos Clasificacion por tipo de cadena lateral

Hidrofobicos/Apolares/Solubles en lipidos APOLARES ALIFATICOS: Cadena lineal sin grupos polares A menor pH especie mayoritaria estara protonada (+1)

A mayor pH especie mayoritaria estara desprotonada (-1)

Protonacion

Especie zwitterionica y punto isoelectrico Especie zwitterionica: es aquella con carga neta cero Punto isoelectrico (pI): corresponde al pH en el cual solo esta presente esta especie. PH en el cual todas las especies del aminoacido tienen carga neta 0 (Forma de Zwitterion)

APOLARES AROMATICOS: Cadena aromatica sin grupos polares

Hidrofilicos/Polares/Solubles en agua

ACTIVIDAD Ejemplo 1: con 2 valores PKa Pka= 2,35 (Carboxilo valor bajo 7) Pka= 9,78 (Amino valor sobre 7)

Solubles en lipidos

Pka < pH = Desprotonado Pka > pH = Protonado

POLARES SIN CARGA: Cadena con grupos polares no ionizables

P.I se encuentra aqui

PH

Ph9,78 Carboxilo 0 -1 -1 Pka= 2,35 (Protonado) (Desprotonado) (Desprotonado) Amino +1 +1 0 Pka= 9,78 (Protonado) (Protonado) (Desprotonado) -1 Carga neta +1 0 P.I= 9,78+2,35 / 2= 6,065 esto indica que en este pH todos los aminoacidos se encuentran como switterion (carga 0)

P.Isoelectrico: Es el promedio entre los valores de pKa

Recordar que si dice pH > 9,78 entonces si el Pka=9,78 ese valor seria menor que (> a 9,78) entonces la especie estaria desprotonado por que Pka< pH

Ejemplo 2: con 3 valores PKa; Pka= 2,16 (COOH) , Pka= 9.06 (NH3+) P.I se encuentra aqui y Pka= 10,54 (NH3+)

Ph10,54 -1 Carboxilo (Protonado) -1 0 -1 (Desprotonado) (Desprotonado) (Desprotonado) Pka= 2,16 Amino 0 +1 +1 0 P.I=10,54+ Pka= 9.06 (Protonado) (Protonado) (Desprotonado) (Desprotonado) 9,06/2 Amino 0 +1 +1 +1 P.I= 9.8 Pka= 10,54 (Protonado) (Protonado) (Protonado) (Desprotonado) Carga neta +2 -1 +1 0

OTROS: Selenocisteina Glicina

POLARES CON CARGA POSITIVA: Cadena con grupos amino (BASICOS)

POLARES CON CARGA NEGATIVA: Cadena con grupos carboxilo (ACIDOS)

PH

Si hay 3 grupos ionizables (3 valores de PKa) -Entre aminos, el P.I es el promedio entre los dos PKa mas altos -Entre carboxilos, el P.I es el promedio entre los dos PKa mas bajos.

Fuentes dietarias de a-aminoacidos:

Esencialidad de a-aminoacidos: La clasificacion de acuerdo a

Los a-aminoacidos son obtenidos de la esencialidad depende de la capacidad biosintetica de los organismos. dieta por degradacion de alimentos aa Esenciales: El cuerpo NO los ESPECIE ESPECIFICA ricos en proteinas. fabrica, se adquieren por alimento. Baja calidad proteica: bajo Cada especie tiene sus propios Los a-aminoacidos esenciales NO en prots, les falta 2 o mas a-aminoacidos esenciales presentan ninguna ruta de biosintesis a-aminoacidos esenciales

porque se adquieren de forma externa.

Rutas de biosintesis

Aminoacidos NO esenciales aa No esenciales: El cuerpo los fabrica pueden ser sintetizados de dos maneras: Desde moleculas sencillas Ej: co2, H2O, NH3, co-enzimas, co-factores, etc.

Sintesis de Novo:

Alta calidad proteica: Alto en prots, tiene todos los a-aminoacidos Mas faciles de digerir

Sintesis a partir de otro a-aminoacido Se necesita de un aminoacido esencial

Enlacepeptídico

Corresponde al enlace que se forma entre dos aminoacidos, a traves de una reaccion de condensacion (salida de agua) CO Carboxilo

NH

amiDa

NH2 Ca COOH H

Aminoacido

OH Agua H2O

Amino

NH2 Ca COOH H

H

Aminoacido

El enlace peptidico forma una amiDa cuando se une el CO con el NH y se genera una nueva funcion organica, que tiene diferente reactividad a la de los grupos carboxilo y amina que reaccionaron. La amiDa provoca que el enlace sea estable

el Caracteristicas del enlaces peptidico Asienlacese vepeptidico

Peptidos: Son polimeros pequenos formados por hasta 100 residuos de a-aminoacido. Presentan al menos un enlace peptidico.

Orden para normbrar a-aminoacidos Por convencion el grupo amonio (o amino) se escribe a la izquierda y el carboxilato (o carboxilo) a la derecha Amino terminal Secuencia de residuos Carboxilo terminal C-TERMINAL N-TERMINAL “RIO ABAJO” “Rio Arriba” Siempre desde el grupo amino al acido carboxilico

+NH3-Cys-His-Glu-Met-COO-

NO SE IONIZA: La amiDa que se forma del CO del carboxilo y el NH del amino provoca que no sea ionizable. Las amiDas no tienen reactividad acido-base. Porque se genera una amida lo cual provoca que sea un enlace estable GEOMETRIA PLANA Existe resonancia del grupo carbonilo (-CO-) con el nitrogeno ROTACION RESTRINGIDA El enlace C-N se comporta como un enlace doble, a pesar de ser simple, entonces no pueden rotar libremente.

ACTIVIDAD: IDENTIFIQUE CANTIDAD DE ENLACES PEPTIDICOS, RESIDUOS Y GRUPOS IONIZABLES.

AmiDa CO-NH

Amina

AmiDa CO-NH

Carboxilo AmiDa CO-NH

Dato: visualizar la cantidad de grupos amino = enlaces peptidicos TETRAPEPTIDO y para saber cuantos carbonos y los residuos hay que alfa Grupos Ionizables = cantidad de amiNas (N,NH,NH2,NH3+) y o Carboxilos (COOH, COO-) sumarle un 1 a la cantidad de enlaces pepditidos.

3 grupos amiDas (CO-NH) = 3 ENLACES PEPTIDICOS 4 RESIDUOS DE A-AMINOACIDO 4 CARBONOS ALFA

Tipos de peptidos

Clases de peptidos: De acuerdo al numero de residuos de a-aminoacido que presenten, reciben nombres especiales. (

Un residuo es un aa que esta formando parte de una proteina o de un peptido)

OLIGOPEPTIDOS 2-10 residuos (menos de 1 kDa)

Angiotensina II (8 residuos)

PEPTIDOS 10-50 residuos (1-5 kDa)

Unidad de medida del peso de un aminoacido: Kilodalton 1 kilodalton Cada 10 aa Nota: La cantidad de aminoacidos no lo hace mas importantes.

Glucagon (29 residuos)

POLIPEPTIDOS 50-100 residuos (5-10 kDa) PROTEINAS + 100 residuos (sobre 10 kDa)

Estructura de peptidos

Hormona paratiroidea (84 residuos)

Debido a su pequeno tamano, oligopeptidos y peptidos no alcanzan altos niveles de organizacion, sino que usualmente alcanzan la estructura secundaria como maximo. Estas hebras desordenadas sirven como puntos de union

Los peptidos no alcanzan a estructura terciara o cuaternaria debido a que se necesitarian mas aminoacidos

Proteinas

Son polimeros de mas de 100 residuos de aaminoacido (masa sobre 10 kDa). Son macromoleculas fundamentales para la funcion celular.

Niveles de organizacion Estructura primaria Corresponde al ordenamiento (secuencia) de los residuos de a-aminoacido que conforman a la proteina.

—DIVERSIDAD DE FORMA Multiple disposicion espacial de los residuos que las conforman —MULTIPLES FUNCIONES Desde funciones estructurales y motiles hasta la catalisis de reacciones quimicas —CODIFICADAS EN GENES Se sintetizan de novo a partir de genes, transcritos por ARNm y traducidos en los ribosomas

·ESPECIFICA: Cada proteina tiene su propia estructura primaria especifica. Esta estructura primaria se ·DETERMINADA GENETICAMENTE: La secuencia de plegara formando un nivel residuos depende de la secuencia de ADN del gen de organizacion superior que la codifica. ·ESTABLECIDA COVALENTEMENTE: Se mantiene por A partir de la estructura enlaces peptidicos (covalentes) entre los residuos primaria se obtienen niveles jerarquicos de organizacion que las conforman. espacial de las proteinas. La forma que adopta una proteina es la expresion espacial de la informacion lineal de la estructura primaria.

Estructura secundaria Corresponde a la organizacion espacial a traves de puentes de hidrogeno (interaccion debil)

Helice a: Estructura en forma de

Hoja b: Estructura en forma de sabana (plana)

cable (helicoidal) Residuos que Facilitan la formacion Enlace peptidico de la a helice: La helice a, se forma con mayor facilidad con residuos P de H de cadena alifatica, como Met, Ala, Leu, Asp y Lys.

La hoja b se forma con mayor facilidad con residuos aromaticos y alifaticos ramificados, como Thr, Val e Ile. GENERALMENTE TIENE DE 3 A 10 RESIDUOS DE LARGO SE REPRESENTA COMO FLECHAS PARALELAS

·Residuos de Pro provocan ruptura de la helice.

EN PROMEDIO PRESENTA 3,6 La hoja b se puede presentar en dos RESIDUOS POR VUELTA conformaciones, dependiendo de la SE REPRESENTA COMO UNA CINTA direccion de la cadena polipeptidica (siempre de N-terminal a C-terminal) ES DEXTROGIRA Va girando hacia la derecha Hacia el interior Conformacion Antiparalela Conformacion quedan los aa alifaticos (apolares) Hacia el exterior estan los aa hidrofilicos (polares)

ES EXTENDIDA

Paralela

Estructura terciaria

Corresponde a la organizacion espacial que resulta de la interaccion de estructuras secundarias entre si y con el medio.

DETERMINADA POR LAS ESTRUCTURAS SECUNDARIAS La abundancia relativa de estructuras secundarias es especifica DETERMINADA POR EL MEDIO La disposicion de los residuos hacia la superficie y el interior depende de la solubilidad Interacciones hidrofobicas (SON DEBILES) MANTENIDA POR INTERACCIONES Coordinacion de iones DEBILES Y PUENTES DISULFURO Interacciones ionicas (NH3+ - COO-) o Se mantiene principalmente por electroestatica interacciones hidrofobicas y puentes Puente de hidrogeno disulfuro Puente disulfuro Proteinas solubles en agua, residuos polares en la superficie —PH NO AFECTA A LAS INTERACCIONES HIDROFOBICAS y apolares en el interior (Pasa lo —PUENTE DISULFURO SE VE AFECTADO POR REACCIONES DE OXIDORREDUCCION, NO POR PH. contrario con las proteinas —LAS INTERACCIONES IONICAS (ENLACES IONICOS) SON solubles en lipidos) LAS UNICAS QUE SE VEN AFECTADAS POR CAMBIOS EN EL PH

Estructura cuaternaria

Organizacion espacial que resulta de la interaccion entre Clasificacion de proteinas por forma dos o mas cadenas proteicas con estructura terciaria (subunidades) cada una con su propia estructura terciaria. • Globulares: Funcion metabolica (solubles en Agua) DETERMINADA POR LAS ESTRUCTURAS TERCIARIAS DE CADA SUBUNIDAD

Ej: Hemoglobina, hormonas, enzimas proteinas con funcion metabolicas

DETERMINADA POR INTERACCIONES • Fibrosas: Proteinas insolubles en agua, forman PROTEINA-PROTEINA Y CON EL estructuras alargadas como fibras o laminas. MEDIO Homodimero: Dos estructuras terciarias -Rol estructural y/o mecanico. MANTENIDA POR LAS EJ: Colageno, queratina , elastina, etc MISMAS INTERACCIONES QUE Heterotetramero: 4 subunidades proteicas) Por ejemplo la LA ESTRUCTURA TERCIARIA (cadenas Heteromultimero: Multiples subunidades FIBRILARES hemoglobina tiene aminoacidos polares por Fuerzas que mantienen la estructura proteica: fuera para poder viajar Los niveles de complejidad son jerarquicos, por lo que por la sangre (polar), las fuerzas que mantienen cada nivel son sumatorias pero en el interior tiene a las del nivel precedente. aa apolares para poder contener el oxigeno (apolar) entonces asi es como logra la hem. el transporte de oxigeno.

Estructura-funcion de proteinas de interes biologico

La funcion de proteinas esta intimamente relacionada con su estructura. Por lo tanto, existen estructuras conservadas debido a la funcion que cumplen. QUERATINA: Componente de ALBUMINA: FIBROINA: Insoluble COLAGENO: proteccion de tejido epitelial Proteina de transporte plasmatico Componente de las Componente del Globular fibras de seda soporte conectivo Region apolar en el centro

Proteina globular (Estructura cuaternaria)

Cadenas amorfas y hojas Beta

Relacion estructura-funcion de proteinas

DOMINIOS Regiones de la proteina con una organizacion espacial que cumple una funcion especifica. MOTIVOS (INFLEXIBLES/NO CAMBIAN) una parte del dominio que tiene una funcion aun mas particular. Secuencias de residuos de a-aminoacido conservadas, que forman parte de los dominios

Ejemplo Dominio: Zona encargada de unir ATP Motivo: Aminoacidos especificos que seran el punto de union del ATP

RELACION ESTRUCTURA-FUNCION La forma de los dominios y la disposicion de los motivos determina la funcion Misma funcion

Entre especies pueden haber dominios distintos pero motivos iguales (si la funcion es la misma)

Alteraciones en la estructura de una proteina Una alteracion de la estructura puede conducir a la perdida de la funcion de las proteinas, en distinto grado. ALTERACIONES ESPACIALES Provocan la perdida de la forma del dominio o que este ya no este expuesto al medio

Una mutacion de los aa que provoca un cambio en el dominio y se pierde MUTACIONES Cambios en la secuencia de los residuos de a-aminoacido de un motivo la funcion

PERDIDA DE FUNCION Puede ser total o parcial, dependiendo de la alteracion Datos: el pH esta relacionado con las interacciones intermoleculares (Ej: puente de hidrogeno) si el pH baja drasticamente entonces suben los protones H y este ion interviene en estas interacciones rompiendo los puentes de hidrogeno.

Conformacionnativadeproteinas

Corresponde a la estructura espacial de menor energia de las proteinas, que es la que expresa la funcion biologica.

Estado de alta energia (mas desorden)

PLEGAMIENTO ESPONTANEO Para peptidos y proteinas pequenas PLEGAMIENTO ASISTIDO POR CHAPERONAS Para la mayoria de las proteinas

ALTERACIONES DEL PLEGAMIENTO Es causa de multiples enfermedades Cuando se logra un correcto plegamiento y obtenemos una proteina funcional entonces se le Menor energia (mas ordenadas) al estar plegadas denomina CONFORMACION NATIVA

Vacas locas

Perdidadelaconformacionnativa La conformacion nativa de proteinas puede perderse de dos maneras: mediante hidrolisis o desnaturalizacion

Hidrolisis del enlace peptidico

Desnaturalizacion de proteinas

HIDROLISIS (irreversible) Perdida de organizacion espacial debido a ruptura de enlaces peptidicos

DESNATURALIZACION Perdida de organizacion espacial,

Altera la estructura primaria

Reversible en algunos casos!

sin perdida de estructura primaria

Es la reaccion inversa a la condensacion que forma el enlace peptidico, por lo que rompe el enlace y regenera a-aminoacidos libres.

Corresponde a la perdida de la organizacion espacial de proteinas, sin perdida de la estructura primaria. Puede ser reversible. ALTERA LA ESTRUCTURA PRIMARIA (Rompe enlaces peptidicos) Tipos de desnaturalizacion Hidrolisis : AGENTES FISICOS AGENTES QUIMICOS ruptura de Permiten reversibilidad Interfieren con las un enlace por en algunos casos. interacciones que integracion mantienen niveles de agua de organizacion. Generalmente Dado que rompe el enlace peptidico, la hidrolisis provoca irreversibles. una disrupcion de la estructura primaria de las proteinas y, por lo tan...