Tema 4 - Apuntes 4 PDF

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Tema 4: Estructura terciaria y cuaternaria. Mioglobina y Hemoglobina 4.1. Estructura terciaria de las proteínas 4.2. Estructura cuaternaria de las proteínas 4.3. Plegamiento de las proteínas 4.4. Desnaturalización de las proteínas 4.5. Estructura de la Mioglobina 4.6. Unión del Oxígeno a la Mioglobina 4.7. Estructura de la Hemoglobina 4.8. Hemoglobinas minoritarias 4.9. Hemoglobinopatías

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4.1. Estructura Terciaria de las Proteínas Dominios o Motivos Estructurales DOMINIO O MOTIVO ESTRUCTURAL: Combinaciones de varios elementos con estructura secundaria definida con una disposición geométrica definida.

Estructura Terciaria

Plegamiento tridimensional de un polipéptido.

La disposición e interrelación de los elementos de la estructura secundaria de una proteína en una forma específica, mantenida por uniones salinas, enlaces de hidrógeno, puentes disulfuro, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas, actuando conjuntamente, proporcionan una gran estabilidad a la proteína y constituyen la estructura terciaria Los enlaces que mantienen la estructura terciaria son: -Enlace Covalente: Compartición de electrones. Destaca el puente disulfuro (Cys-Cys) -Enlace iónico (puente salino): dos grupos polares de las cadenas de los aas. No muy abundante (saturación con H2O). -Enlace por puente de hidrógeno -Enlace por fuerzas de Van der Waals -Enlaces hidrofóbicos -Enlaces coordinados (metales)

4.2. Estructura Cuaternaria de las Proteínas Estructura Cuaternaria es la disposición de las diferentes subunidades que forman una proteína. Formada por n subunidades iguales: Homomultímeros Formada por subunidades diferentes: Heteromultímeros PROTÓMERO : Unidad que se repite, siendo la menor unidad plenamente funcional de una proteína oligomérica.

4.3. Plegamiento de las Proteínas El plegamiento de las proteínas cumple dos reglas simples: 1. Los residuos hidrofóbicos se encuentran mayoritariamente en el interior de la proteína, lejos del agua de solvatación. 2. En el plegamiento de la proteína se establece el máximo número posible de enlaces de hidrógeno en el interior de la molécula. Ocurre durante y después de que las proteínas sean sintetizadas en los ribosomas. Puede estar facilitado por una familia de proteínas denominadas Chaperonas. *FUNCION DE LA CHAPERONA: facilita el plegamiento de las proteínas

4.4. Desnaturalización de las Proteínas Si se alteran las condiciones que mantienen las interacciones débiles que mantienen estas fuerzas de atracción se produce la Desnaturalización de la proteína. DESNATURALIZACIÓN : Modificación estructural tridimensional que conduce a la pérdida de su función. - El calor - El pH - La presencia de sales (iones) - Urea o el ión guanidinio - Radiación UV

4.5. Estructura de la Mioglobina MIOGLOBINA (Mb) Proteína transportadora de oxígeno en el músculo. Formada por una única cadena polipeptídica y un grupo prostético, denominado grupo hemo. **Grupo protestico: parte de la proteína que no tiene componente aminoacidico. El grupo HEMO: - Igual en Hb y Mb - Zona de la molécula a la que se une el oxígeno - Formado por una parte orgánica (protoporfirina) y por un átomo de Hierro (Fe2+ ). PROTOPORFIRINA: Formada por 4 anillos pirrólicos unidos por puentes metino para formar un anillo tetrapirrólico, el cual lleva unido como sustituyentes 4 grupos Metilo (M), 2 grupos Vinilo (V) y 2 cadenas de Propionato (P). **La protoporfirina IX, es la única en los seres vivos y que es capaz de transportar o2 **Puente metino: R1-CH—R2

PROTOPORFIRINA IX: M-V-M-V-M-P-P-M

4.5. Estructura de la Mioglobina - El átomo de Hierro puede estar en estado Ferroso o férrico, pero solo en estado ferroso es capaz de captar oxígeno HIERRO (Fe2+ ) - Forma 4 enlaces de coordinación con los 4 nitrógenos del anillo de protoporfirina IX. - Forma 1 enlace de coordinación con el nitrógeno del residuo His F8 o proximal de la cadena polipeptídica. - Forma 1 enlace de coordinación con el O2 . - El átomo de Hierro puede estar en estado Ferroso o férrico, pero solo en estado ferroso es capaz de captar oxígeno **El hierro metal de coordinación puede romper 6 enlaces de coordinación **Solo el hierro en estado ferroso es capaz de captar el o2

Características estructurales: -Constituida por 153 aminoácidos - Muy compacta - La mayoría en forma de α-hélice - 8 segmentos helicoidales dextrógiros (AH) - Los segmentos no helicoidales entre hélices, se designan con las letras de ambas (segmento AB) - Interior proteico: Residuos no polares (Leu, Val, Phe, Met), a excepción de 2 His (His F8 e His E7). - Exterior proteico: Residuos polares y no polares. -Grupo Hemo se encuentra en una hendidura apolar, con sus cadenas laterales de propionato (muy polares) hacia el exterior de la proteína. - Este nicho apolar permite que ion ferroso no se oxide.

4.6. Unión del Oxígeno a la Mioglobina - Enlace de coordinación con el Fe2+ - Puente de Hidrógeno con la His E7. FRACCIÓN DE SATURACIÓN (θ) Cociente entre el número de sitios de unión al oxígeno que se encuentran ocupados [MbO2 ] y el número de sitios de unión posibles en la proteína (libres [Mb] y ocupados [MbO2 ]).

4.7. Estructura de la Hemoglobina HEMOGLOBINA (Hb) Proteína transportadora de oxígeno en la sangre. Formada por cuatro cadenas polipeptídicas, iguales 2 a 2, cada una de ellas unidas a un grupo prostético (grupo hemo). Hay tres tipos:

  

Hemoglobinas embrionarias: 3 tipos: ξ2 ε 2 , α 2 ε 2 , ξ 2 γ 2 Hemoglobina fetal: α 2 γ 2 Hemoglobinas adultas: 2 tipos: Hb A (98%): α 2β2 Hb A2 (2%): α 2δ2

Modificaciones conformacionales durante la oxigenación: La unión del oxígeno a una subunidad de la Hb produce un cambio conformacional de esa cadena que induced modificaciones en las otras cadenas y en la estructura cuaternaria de la proteína. Rotura de enlaces no covalentes (puentes salinos) entre las distintas subunidades Desoxihemoglobina (T): hemo no es plano, eje de la His F8 ↓ no perpendicular al hemo (8º) Unión del O2 tira del Fe hacia abajo y ↓ aplana al grupo hemo (His proximal perpendicular) Acercamiento His F8 y Val FG5

Cuando la Hb está en el estado conformacional T, el oxígeno solomente es accesible a los grupos hemo de las cadenas α, no así a los hemos de las cadenas β, debido a impedimentos estéricos. Estos impedimentos estéricos desaparecen cuando la Hb sufre la transición al estado R.

Influencia de los efectores alostéricos en la unión del oxígeno a la hemoglobina: 1. Efecto de los protones (H+ ) La desoxiHb tiene mayor afinidad por los H+ que la oxiHb, por lo cual a medida que desciende el pH, aumenta la disociación del O2 de la Hb. Disminución del pH --Disminuye la afinidad de la Hb por el O2 2. Efecto del dióxido de carbono (CO2 ) Aumento de CO2 -Disminuye la afinidad de la Hb por el O2 3. Efecto del 2,3-Bisfosfoglicerato (BPG)  2,3-BPG reduce la afinidad de la Hb por el O2  Se sintetiza en los hematíes como producto secundario de la glucolisis (aniónico)  Se une a la desoxiHb en la cavidad existente entre las cadenas beta  Establece interacciones con los aminoácidos (+) que rodean esta cavidad

4.8. Hemoglobinas minoritarias 1.Hemoglobina Fetal (HbF) 1. 2. 3. 4.

α2γ2 En el adulto < 2% Mayor afinidad por el O2 que la HbA Unión muy débil al 2,3-BPG (cadenas γ menos cargas positivas que las cadenas β) 5. HbF (Ser)  HbA (His) 2. Hemoglobina A2 (Hb A2 ) 

α 2 δ 2 (2-5%)

3.Hemoglobina glicosilada (HbA1C )   

Glicosilación muy lenta Dependiente de la concentración de glucosa en sangre Unión de la glucosa al grupo amino (N-terminal) de la valina de las cadenas β

4.9. Hemoglobinopatías 1. Anemia Falciforme (Hemoglobina S, HbS)     

Cambio de un Glutamato por Valina (Cadena β) Cadenas β con una protusión Hb polimeriza formando fibras que deforman el eritrocito (forma de hoz) Obstrucciones capilares (Dolor e inflamación) Pacientes muy vulnerables a infecciones y otras enfermedades Zonas de Malaria (Resistencia al paludismo)

2. β-Talasemias  

No se produce o está reducida la síntesis de cadenas β Muerte celular

3.α-Talasemias   

No se produce o está reducida la síntesis de cadenas α Síntesis de tetrámeros β No es tan grave

4.Metahemoglobinemias  

Oxidación del Hierro (Fe3+ ) Sangre marrón chocolate azulada (Tratamiento azul de metileno para reducir el hierro)

Conceptos Clave Los motivos son combinaciones de varios elementos con estructura secundaria definida y con una disposición geométrica característica. La estructura terciaria es la forma tridimensional de la proteína. La estructura cuaternaria se da en proteínas formadas por dos o más cadenas que interaccionan formando una unidad de función. La estructura tridimensional se altera ante cambios en el entorno (calor, alteraciones en el pH, presencia de sales…) que provocan la desnaturalización de la proteína y produce una pérdida de su función. La mioglobina es una hemoproteína formada por una única cadena polipéptidica (α-hélice) y un grupo hemo en un nicho hidrofóbico. Su unión al oxígeno se realiza a través de un enlace de coordinación con el hierro del grupo hemo, con alta afinidad, siguiendo una curva de saturación hiperbólica. Su principal función es almacenar oxígeno en el músculo. La hemoglobina es una hemoproteína oligomérica formada por 4 cadenas polipeptídicas (α2β2 ). A diferencia de la mioglobina, su curva de saturación es sigmoidea. Su principal función es transportar oxígeno en la sangre hasta todos los tejidos.

La unión del oxígeno a la hemoglobina es cooperativa, lo que significa que la unión de la primera molécula favorece la unión de las siguientes, produciendo un cambio conformacional, de la forma T (desoxihemoglobina) a la forma R (oxihemoglobina). La afinidad de la hemoglobina por el oxígeno se puede ver modulada por efectores alostéricos, como el pH, el CO2 , y la presencia de fosfatos como el 2,3-BPG. La principal hemoglobina en el adulto es la HbA, mientras que existen otras minoritarias, como son la HbF, la HbA2 y la HbA1C . La alteración tanto en la estructura como en la síntesis de las cadenas que componen la hemoglobina puede llevar al desarrollo de patologías como la anemia falciforme, las α y β talasemias, y la metahemoglobinemia entre otras...