Tema 4.5. Estructuras Supersecundarias PDF

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Apuntes usados con el profesor Juan Tejedo Huaman....

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Tema 4.5 Estructuras Supersecundarias Son aquellas estructuras superiores en organización a la estructura secundaria, pero no llegan al plegamiento tridimensional. Es un conjunto de estructuras secundarias.

Motivos (fold) - Son rearreglos específicos de diversos elementos de estructura secundaria. -

Secuencias más o menos conservadas a lo largo de la evolución.

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Son estructuras supersecundarias con función o no.

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Dominio: motivo con función específica

Motivo→ Estructura Supersecundaria Motivo + función específica → Dominio

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Dominio de interacción con proteínas: Existen dominios de interacción entre proteínas, que son rearreglos supersecundarios con función de interactuar entre ellas.

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Dominio de interacción con el ADN

“No todos los motivos son dominios, pero todos los dominios son motivos” “Dentro de un motivo puede haber dominio o no, una parte del macromotivo puede ser un dominio.”

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Ejemplos de motivos (con dominios específicos, tienen función): 1. Horquillas β: Proteínas receptoras de membrana. Posee dominios transmembranales, otros que se encontrarán en el interior celular y otros en el medio extracelular, en cuyo caso estarán altamente glicosilados

2. Hélice-giro-hélice: Es uno de los principales motivos de estructura secundaria capaces de unirse al ADN. Permite la actividad del operón: proteína que regula la transcripción del ADN (en ausencia del inhibidor). Se compone de dos hélices α unidas por una breve secuencia lineal de aminoácidos y se encuentra en muchas proteínas que regulan la expresión génica (operones). Forma parte de los factores de transcripción. Hay una interacción entre las bases nitrogenadas y el Grupo R de los aas que componen la proteína (Puentes de Hidrógeno normalmente) 3.

Zinc fingers (dedos de zinc): Se conocen hasta 3 tipos de dominios dedos de cinc, que coordinan los aminoácidos con átomos de cinc: 3.1. C2H2 (2 Cisteínas y 2 Histidinas) La cadena polipeptídica con motivos C2H2 tiene una estructura determinada, conservada a lo largo de la evolución. El cinc se une a dos Histidinas que están formando parte de una α-Hélice. Además las cisteínas están formando otras estructuras. Es una superestructura heterogénea (mezcla) 3.2. C4 (4 Cisteínas) El cinc interacciona con cuatro cisteínas y siempre se forma un lazo 3.3. C6 (6 Cisteínas) Lo tienen algunos factores de transcripción, 6 cisteínas en α-Hélice, y unen 2 átomos de cinc.

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Todos ellos interaccionan con el ADN sin embargo hay muchas evidencias de que estos dominios “dedos de cinc” facilitan la interacción entre proteínas “se está estudiando” Se han descrito como motivos implicados en la interacción con el ADN (factores de transcripción) y de proteínas. Zinc Fingers (resumen): 1. Proteína-ADN 2. Proteína-Proteína (se está estudiando , sobre todo las C4) ¿Por qué se establecen estos tipos de motivos/dominios en los dedos de cinc? Debido a la naturaleza de los aas (La Cys tiene G.SH), tienen una alta reactividad. Activación y desactivación de los dedos de cinc: El entorno biológico está relacionado con las reacciones de oxidación-reducción Las cisteínas son sensores del nivel de oxidación-reducción, cualquier cambio en este nivel produce una desestabilización de la interacción entre las cisteínas y el cinc, por tanto desaparece la función. El dedo cinc mantiene una estructura funcional activa o no activa. La activación de esta proteína depende del nivel de oxido-reducción. Como estos dedos de cinc están presentes en proteínas reguladores de la transcripción, el nivel de oxidación-reducción es lo que va a determinar que la proteína este activa o no, y así por tanto se regula la transcripción

4. Homeodominio: Proteína de unión a ADN 5. Hélice-lazo-hélice: Es un dominio dimérico (2 proteínas) con 4 alfa hélice, que son capaces de formar un dímero que se une al ADN. Existe otra hélice-lazo-hélice que es en realidad hélicevuelta-hélice, que es la que interacciona con calcio. 6. Hélice-vuelta-hélice: Interacciona con el Calcio, no se debe confundir con hélicelazo-hélice. 7. β – α – β loop: Dos hojas beta paralelas unidas por una alfa hélice

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8. β – Barrel: Está presente en proteínas transmembranales. Todos los canales presentan estos motivos. La parte externa está formada por aminoácidos hidrofóbicos y por dentro habrá aminoácidos con una carga determinada que permita el buen funcionamiento del canal.

9. Cremallera de Leucina Es un motivo de interacción con el ADN que en el que se presentan alfa hélice muy peculiares, que tienen cada 7 aas una leucina, esto provoca una interacción entre las leucinas que permite la interacción con el ADN. “Las proteínas pueden interaccionar con otras cosas, tienen otros dominios de interacción, no sólo con el ADN, por ejemplo con proteínas o con otras moléculas:  Ej: Bromodominios: interaccionan con proteínas con lisinas acetiladas”

Interacción de las proteínas y el ADN La interacción de las proteínas con el ADN se consigue gracias a la naturaleza de los aas. Existen aas con alta afinidad por las bases nitrogenadas (son los que están en los dominios de interacción con el ADN). Estas proteínas se unen a secuencias específicas del ADN, no a cualquier parte.  Ej: los dominios “hélice-vuelta-hélice” tienen predilección por las regiones “TATA Box” La afinidad depende de:  Aas de interacción  Región del ADN por donde se va a unir

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Pero debemos recordar que el ADN está empaquetado, por tanto el mecanismo de unión es mucho más complejo de lo que parece, hay muchas variables: 1. Grado de compactación del ADN Depende del grado de modificaciones postraduccionales que tengan las histonas sobre las cuales se va enrollado el ADN.  Acetiladas: no compacto  Desacetiladas: sí compacto La histonas interactúan con Bromodominios de proteínas, que suelen ser enzimas desmetilasas (Las desmetilasas tienen varios dominios funcionales) 2. Naturaleza funcional del ADN El ADN puede estar metilado o desmetilado  Metilado: resistencia estérica del G.metilo  Desmetilado: no se presenta resistencia estérica. Una proteína con el Bromodominio (es decir una desmetilasas), provoca la aperturación del ADN, eliminando el impedimento estérico y permitiendo la interacción. “Esterico: por volumen, por contacto físico” Muchas de las proteínas que están alejadas del dominio de interacción del ADN, interaccionan con las desmetilasas, estas son las denominadas proteínas reclutadoras.

“Todo esto es dinámico, si se permite la interacción se pega, si no, no se pega”

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Proteínas reclutadoras: Tienen dos funciones principales: 1. Interacción con otra proteína o ADN 2. Interacción con la proteína funcional (Ej: desmetilasas)

Ej:

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Proteína que interactúa con la otra proteína: puede unirse al TATA box Proteína que reconoce histonas: puede provocar la desacetilación del ADN o unirse a otra proteína.

Casi nunca una proteína por si sola es capaz de promover la transcripción. En eucariontes hacen falta muchas proteínas con varios dominios de interacción Dependiendo del número de proteínas de la transcripción, el grado de transcripción será mayor o menor.

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Grado de expresión Según el grado de expresión de un determinado gen/genes, podemos saber si una célula se va a diferenciar en una cosa u otra

 Ej: nivel 100 de una proteína → se diferencia a ectodermo  Ej: nivel 10 de una proteína → se diferencia a endodermo Según los factores de transcripción que regulan el nivel de expresión la célula se diferenciara en una cosa u otra. “La interacción de estos motivos proteicos es muy importante, dado que determina, entre otras cosas, la diferenciación celular, es muy importante en investigación”

¿Cómo se estudia esto? 1. 2. 3. 4.

Tenemos una secuencia aminoacídica Establezco la interacción ADN-proteínas, y la fijo Digiero el ADN mediante la acción de nucleasas (ADNasas). La parte que está unida a proteína de transcripción no va a ser digerida, las ADNasas no actúan sobre ella. 5. Una vez hecho esto, mediante inmunoprecipitación (con anticuerpos específicos) de cromatina, hago precipitar todas las proteínas de un determinado tipo, arrastrando con ellas la secuencia de ADN que tienen, y de esta forma veo si esas secuencias de ADN están ocupadas o no. Hibridado → ocupado No hibridado → no ocupado De esta forma calculo el grado de expresión De esta forma se puede analizar por ejemplo si las proteínas se unen a la región TATA box. Página 7 de 8

Clasificación de las proteínas según su estructura secundaria 1. SCOP ("Structural Casification Of Proteins"). Base de datos de clasificación de proteínas El sistema se basa en que la característica final de la proteína está vinculado a la estructura supersecundaria, y a su mantenimiento a lo largo de la evolución: Actualmente se clasifican las proteínas desde el punto estructural en cuatro grupos principales (todo α, todo β, α / β y α + β) junto con otros tres grupos adicionales. Esta clasificación se recoge en el banco de datos de SCOP ("Structural Casification Of Proteins"). Prácticamente todas las proteínas presentan similitudes estructurales con otras proteínas y en algunos de los casos esta similitud va acompañada de un origen evolutivo común. La base de datos SCOP proporciona una descripción detallada y comprensiva de las relaciones estructurales y evolutivas entre las estructuras proteicas conocidas. Esta clasificación de la base de datos de SCOP es jerárquica. Las proteínas se clasifican en familias cuando presentan similitudes de secuencia primaria y/o estructura y función demostrable. Cuando dos o más familias con poca similitud en estructura primaria presentan similitud en estructura y función se agrupan en una superfamilia. Los dos grupos más altos, plegamiento y clase, se basan exclusivamente en aspectos estructurales. Existen cuatro grupos de agrupación de proteínas:  Todo α  Todo β  α/β: predominan las hélices α  α+β: predominan las láminas β antiparalelas

2. CATH Otras base de datos, que utiliza otra forma de clasificación, en función de otras variables.

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