-Homotípicas:
asociación entre dos o mas
cadenas polipeptídicas iguales o muy similares
-Heterotípicas:
interacción entre subunidades con
estructuras muy distintas
Estructuras Cuaternarias
Tipos de
interacciones entre
subunidades
-Puentes de hidrógeno
-Hidrófobas
-Puentes salinos
-Fuerzas de van der Waals
-Puentes disulfuro
-Isólogas:
Interacciones idénticas colocadas
simétricamente alrededor del elemento de simetría del
sistema (eje binario)
-Heterologas:
interacciones no simétricas entre
subunidades
-Existen estructuras moleculares más complejas donde
coexisten interacciones isólogas y heterólogas
Naturaleza química de
las interacciones
Modelos de interacción
proteína-proteína
homotípica
Dímero de prealbúmina
-Estructura cuaternaria con asociación
homotípica
--Dos monómeros que presentan simetría
binaria alrededor de un eje perpendicular al
plano de la pantalla
-Interacciones isólogas (interacciones
idénticas colocadas simétricamente alrededor del eje) mediante puentes de hidrógeno entre las cadenas de las láminas β (de F a F’ y de H a H’)
Esquema de un dímero de
asociación homotípica sin
simetría donde existen
interacciones heterólogas
(A-C y B-D)
Estructuras de las proteínas
involucradas en el transporte y
almacenamiento de oxígeno:
Hemoglobina y mioglobina
Estructura de las cadenas de globina
Mioglobina (estudiada en los años 50 por John Kendrew por difracción de RX
Proteína globular monomérica pequeña con
153 restos aminoacídicos (PM 16.700)
Estructura secundaria predominante:
α
-hélice
(más del 70% de la proteína)
8 segmentos helicoidales A-H (el mas largo de
23 aa y el mas corto de 7 aa), algunos de ellos
unidos por giros
β.
Tres de sus cuatro Pro se
encuentran en los codos de las hélices
Los grupos R hidrofóbicos se ubican hacia el
interior de esta molécula compacta que solo
puede alojar 4 moléculas de agua.
El grupo Hem esta situado en un bolsillo
hidrofóbico entre las hélices E y F
Representaciones de la estructura terciaria de mioglobina
a) Representa las estructuras secundarias (ribbon representation) b) La imagen enfatiza la superficie molecular (mesh representation)
c) Imagen de contorno de superficie (permite visualizar bolsillos donde otras moléculas pueden interaccionar)
d) Representación ribbon que incluye lalos grupos R de los residuos hidrofóbicos e) Modelo de bolas (residuos hidrofóbicos en azul , grupo Hem en rojo)
f) Modelo salchicha que muestra la estructura primaria
Efectos estéricos en la unión de los ligandos con el grupo Hem
Cuando CO se une al Hem de mioglobina la His distal (His E7, posición 64) lo furza a adoptar un ligero ángulo que debilita su unión a MHb
El puente hidrógeno entre O2 e His E7 facilita la unión de O2
Hemoglobina
Tetrámero de dos cadenas α (141 aa) y dos β (146) de gran similitud con mioglobina, con un grupo Hem por cadena
PM 64.500, casi esférica con un diámetro de 5,5 nm
El análisis por RX muestra que hay dos conformaciones para Hb: Un estado R (relaxed) de mayor afinidad por O2 y uno T (tense) que es la conformación más
estable par deoxihemoglobina
Cuando O2 se une al estado T cambia de conformación hacia el R
Hemoglobina
Comparación de la secuencia aminoacídica y de estructura secundaria y terciaria de
mioglobina y las cadenas a y b de globina de Hb (los residuos idénticos estan sombreados, los sombreados en rosa se conservan el las cadenas de globina de la mayoría de las
Interacciones dominantes entre subunidades de globina (α claras y
β oscuras)
Las interacciones dominantes ocurren entre subunidades diferentes y varían al unirse O2
Transición entre los estados T
→
R en deoxihemoglobina Notar el estrechamiento del bolsillo entre las unidades al cambiar a la conformación de mayor afinidad por el O2Cambios conformacionales en las cercanías del grupo Hem cuando Hb se oxigena
La Hb además transporta CO2 y H+ El 40% del CO2 se transporta hacia los pulmones como carbamino en los
residuos amino terminales
Los H+ sobre restos aminoacídicos His 146 de la subunidades β.
Forman par iónico con Asp 94, estabilizando a la estructura T, en la estructura R el valor de pKa es el normal de 6.0 ya que no se puede estabilizar el ácido conjugado por formación del par iónico.
Curva sigmoidea (cooperativa) de unión de Hb con O2 que demuestra el cambio de afinidad de la
estructura por el ligando al variar la pO2.
Obsérvense las curvas extremas (alta afinidad estado R y baja afinidad estado T).
La curva correspondiente a la alta afinidad es la que presenta Mioglobina
Efecto del pH sobre la afinidad de la Hb por el O2
pH de la sangre en pulmón 7,6
La afinidad de Hb por O2 a la Hb es disminuída por 2,3-bifosfoglicerato
El BPG no ingresa a en la forma OxiHB ya que la cavidad es más pequeña El BPG estabiliza la forma desoxiHb
a) BPG estabiliza estado T de deoxiHB b) Cargas negativas de BPG interactuando con cargas positivas (azul) del bolsillo central en el estado T de deoxiHB
c) El bolsillo desaparece en oxiHb al adquirirse la
La Hbfetal (α2γ2) tiene mayor afinidad por O2 que la materna (HbA (α2β2)
HBF tiene menor afinidad por BPG que HBA. La diferencia molecular es que en globinas γ la His 143 de la cadena β cambia por Ser
En aves el rol del BPG lo cumple Inositol hexafosfato y en peces ATP La afinidad de Hb por O2 a la Hb es disminuída por
Anemia falciforme
Enfermedad genética de carácter recesivo los individuos que la padecen tienen bajo número de eritrocitos y de forma anormal (crenocitos, o en forma de medialuna o de hoz) La causa es que la HbS o falciforme forma polímeros insolubles cuando esta
La HbS resulta de una mutación que cambia solo un aa de la estructura primaria de la cadena β. Se
sustituye un residuo de Glu de la posición 6 por uno de Val.
Se genera un bolsillo “pegajoso” (hidrofóbico) en los extremos de las cadenas β dónde en
individuos normales había restos cargados a pH fisiológico.
Las moléculas de HbS interaccionan entre si y polimerizan
Estructura, sitios activos y mecanismos catalíticos de enzimas
hidrolíticas: quimotripsina, lisozima y ribonucleasa.
Aminoácidos frecuentemente presentes en sitios activos de enzimas hidrolíticas
Mecanismo general de catálisis en una proteasa
Aspectos mecanísticos
La hidrólisis de esteres y amidas enzimáticamente catalizada
presenta un mecanismo similar a los mecanismos químicos en
medio básico (Sustitución acil nucleófila)
O R1 O R2 HO -O -R1 O ROH + rápida
HO
-de Ser (Esterasa de hígado de cerdo, subtilisina, lipasas microbianas, etc)
Carboxilo de Asp (Pepsina)
Tiol de Cis (Papaína)
O R1 O R2 HO -O R1 O H lenta +
RO-Tríada catalítica: Asp, His, Ser (Disminuye pKa de
Ser, facilitando sus acción como nucleófilo)
Mecanismo de la serina hidrolasa
Así el grupo acilo del sustrato se une covalentemente a
la enzima formando el intermedio “acil-enzima”
mediante la liberación del alcohol
O
-OAsp
N N:His
H O HSer
O R1 OR2Un nucleófilo (NU:) puede atacar el intermedio
regenerando
la
enzima
y
liberando
el
ácido
correspondiente
O OAsp
N NHis
H OSer
HOR
2 H R1 O+
Nu:
quimotripsina
Quiomotripsina del páncreas bovino (PM 25.191). Estructura primaria
H3N Gly Arg Ala Ser Phe Gly Asn Lys Trp Glu Val COO Quimotripsina Estructura globular
quimotripsina
Modelo de superficie de quimotripsina. En verde el bolsillo hidrofóbico que selecciona los restos aminoacídicos aromáticos neutros.
En rojo los aminoácidos claves para la catálisis Ser 195, His 57 y Asp 102
Sitio activo de quimotripsina.
En azul el grupo aromático del sustrato y el nitrógeno de la amida.
En púrpura el oxígeno del carbonilo. En amarillo las zonas de carga que estabilizan al oxígeno
Lisozima
Agente antibacteriano natural que se encuentra en lágrimas y clara de huevo
PM 14.296
Su estructura se estabiliza por 4 puentes disulfuro Su sustrato el muropéptido de paredes celulares
bacterianas
Presenta selectividad frente a enlaces glicosídicos
β(1→4) entre Mur2Ac (NAM) y GlcNAc (NAG)
Se pueden plantear dos propuestas
mecanísticas para interpretar la reacción catalizada por Lisozima
Una SN1 dónde el residuo de Asp 52 solo
actuaría estabilizando el catión intermedio de la reacción
Una SN2 que es más consistente con la
retención de la configuración observada en el producto final
•Glicosidasa con retención de la configuración
Mecanismo S
N2 de lisozima
O OH HO HO OH O -O O Glu2 HO O Glu1 R ROHSN2 Inversión Ión oxonio unido al enzima
O OH HO HO OH O O Glu2 -O O Glu1 O OH HO HO OH O O Glu2 -O O Glu1 H Nu SN2 Inversión O OH HO HO OH O -O O Glu2 HO O Glu1 Nu
Estrictamente es un
mecanismo de doble inversión
de la configuración
Ribonucleasa
Ribonucleasa A o RNAasa A PM 13.680 124 aa
Ribonucleasa
Cataliza la degradación de RNA mediante un mecanismo en dos
etapas: una transesterificación seguida de hidrólisis de un intermedio cíclico
La RNAsa A cataliza la hidrólisis de nucleótidos de bases pirimídicas porque son los que se fijan en su sitio activo a través de un resto de Thr y de Ser
BIBLIOGRAFÍA
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-PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA. Albert L. LEHNINGER. Ediciones Omega
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