Clase 16 2014

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QUIMICA ORGANICA

Clase 16

Aminoácidos y proteínas

COO

-C H

+_H 3N

R

ESTRUCTURA DE LOS -AMINOACIDOS

El carbono  es un carbono asimétrico salvo en el caso del aminoácido glicocola (Gly). Los -aminoácidos que integran las proteínas tienen configuración L.

Los aminoácidos presentan diferentes estados de ionización en función al pH del medio. Cuando tienen carga global nula se dice que están en la forma de zwitterión.

Grupo -carboxilo Grupo -amino

Cadena lateral

LOS 20 AMINOACIDOS CODIFICADOS POR EL CODIGO GENETICO

Alanina(Ala) Valina(Val) Leucina(Leu) Isoleucina (Ile) Prolina (Pro)

Triptofano(Trp) Fenilalanina (Phe) Metionina(Met)

Serina (Ser) Glicocola(Gly)

Treonina (Tre)

Cisteina

(Cys) Asparagina(Asn) Glutamina(Gln) Tirosina(Tyr)

Acido glutámico

(Glu) _Lisina(Lys) _{Arginina(Arg)} Acido

aspartico

(Asp) _{Histidina(His)}

CAMBIO DEL ESTADO DE IONIZACION DE LOS AMINOACIDOS CON EL pH: CASO DE LOS AMINOACIDOS DE CADENA LATERAL NEUTRA

CAMBIO DEL ESTADO DE IONIZACION DE LOS AMINOACIDOS CON EL pH: CASO DE LOS AMINOACIDOS DE CADENA LATERAL BASICA O ACIDA

EL ENLACE PEPTIDICO

El enlace peptídico tiene un caracter de doble enlace de 40%, lo que restringe la rotacion alrededor del enlace C-N.

Los aminoácidos pueden unirse entre si mediante enlaces peptídico:

uniones amida entre el grupo -carboxilo de un aminoácido y el grupo 

-amino de un segundo -aminoácido (ojo la reacción no puede darse de forma directa)

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ANGULOS DE TORSION EN EL ENLACE PEPTIDICO

Polipéptido completamente extendido

Φ Enlace entre los

atomos C y N

Ψ Enlace entre los

atomos C y N

NO TODOS LOS ANGULOS DE TORSION Φ Y ψ ESTAN PERMITIDOS DEBIDO A IMPEDIMENTOS ESTERICOS TAL COMO LOS QUE SE DAN ENTRE EL OXIGENO DEL GRUPO CARBOXILICO Y EL GRUPO AMIDA

Impedimentos estéricos en el enlace peptídico

El diagrama de Ramachandran

El diagrama de Ramachandran permite observar los ángulos de

torsión permitidos.

Las proteínas son entidades bioquímicas formadas por una o mas cadenas polipeptidicas.

Las cadenas polipeptídicas son polímeros formados por residuos de -aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos.

PROTEINAS /DEFINICION

PROTEINAS / ROLES

Roles estructurales: queratinas, colágeno, elastina Catálisis de las reacciones: enzimas

Transporte : hemoglobina, transporte en membranas Movimiento coordinado: músculos, cilios, flagelos Defensa : inmunoglobulinas

Crecimiento y diferenciación celular

PROTEINAS/CLASIFICACION

2) Clasificación en base a la estructura tridimensional

Fibrosas

Globulares

1) Clasificación en base a la composición

• Simples : únicamente formadas por cadenas polipeptídicas • Complejas : unidas con metales o grupos prostéticos

Estructura primaria: secuencia de aminoácidos que

conforman la(s) cadena(s) polipeptídicas de las proteínas. Se incluyen los puentes disulfuro

PROTEINAS/NIVELES DE ESTRUCTURA

Cys Cys

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Cada proteína tiene una secuencia unica de aminoácidos: en caso de haber alguna variación se dice que hay mutaciones

Secuencia de la ribonucleasa bovina

Estructura secundaria: estructuras repetitivas definidas por relaciones estéricas entre aminoácidos cercanos

Estructura de la hélice alfa

100 grados por residuo

Las cadenas laterales apuntan hacia fuera y hacia abajo

3.6 residuos por vuelta

Otra estructura secundaria es la hoja plegada beta

Las hojas plegadas beta pueden ser paralelas o antiparalelas

La estructura del colágeno (una triple hélice) es también considerada como estructura secundaria

Las proteínas fibrosas tienen predominantemente estructura secundaria.

Estructura terciaria: relaciones estéricas entre aminoácidos alejados: forma en que se repliega la proteína.

Una proteína es funcional cuando su estructura terciaria es la correcta. Se dice que una proteína correctamente replegada está en su forma nativa. La pérdida de la estructura terciaria se denomina desnaturalización.

La estructura primaria define la forma de la estructura terciaria de las proteínas. Esto fue observado en un experimento llevado a cabo por Anfisen

mercaptoetanol

Urea

Cloruro de guanidinio

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La proteína desnaturalizada vuelve a adoptar su estructura terciaria original

cuando se eliminan los agentes desnaturalizantes.

Ribonucleasa desnaturalizada (inactiva) Ribonucleasa correctamente replegada (activa)

Eliminación de la urea, exposición al aire

En las células existen proteínas especializadas (las chaperoninas) que cooperan en el correcto replegamiento de las proteínas nacientes

G=H-TS

TERMODINAMICA DE LA FORMACION DE LA ESTRUCTURA TERCIARIA (REPLEGADO) Entropía conformacional Interacciones internas Efecto hidrofóbico Global Replegado

Al replegarse, la proteína pierde entropía conformacional

PROTEINAS/NIVELES DE ESTRUCTURA INTERACCIONES INTERNAS

Tipo de interacción Modelo Ejemplo

Carga-carga Carga-dipolo Dipolo-dipolo Carga-dipolo inducido Dipolo-dipolo inducido Dispersión

Puentes de hidrogeno

PROTEINAS/NIVELES DE ESTRUCTURA EFECTO HIDROFOBICO

Las moléculas de agua forman una estructura tipo “jaula” alrededor de residuos no polares. Las moléculas de agua interactúan fuertemente entre si

O

H H

O

H H

Las moléculas de agua pueden ser liberadas cuando los residuos apolares son llevados hacia el interior de la molécula

O

H H O

H H

O

H H

O

H

O

H H O

H H

Zona hidrofílica

Zona hidrofóbica

La liberación de moléculas de agua causa un aumento de entropía

Interacciones hidrofóbicas : en general, para las proteínas solubles en agua, los aminoácidos con cadenas laterales no polares se encuentran hacia el interior mientras que los aminoácidos con cadenas laterales polares se encuentran hacia el exterior

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CINETICA DEL REPLEGAMIENTO

• La estructura nativa es la estructura termodinámicamente mas estable en condiciones fisiológicas. Lo que todavía está sin explicar es la velocidad con que una proteína puede replegarse (algunos segundos).

• Para una proteína típica (unos 125 AA), se tienen unas 1050 _{conformaciones} _posibles. _Aun _si _tomara

solamente 10-13 _segundos _para _probar _cada

conformación tomaría mas de 1030_{años para probar}

una fracción significativa de ellas.

CINETICA DEL REPLEGAMIENTO

Las proteínas se van plegando por sectores, como puede verse en el esquema

Proteína extendida (unfolded)

Nucleación

Estados intermedios, parcialmente replegados

“Glóbulo fundido”

Arreglos finales

Proteína replegada

Vias alternativas

Predicción de estructuras secundarias y terciarias

Frecuencias relativas de ocurrencia de diferentes residuos de aminoácidos en las distintas estructuras secundarias No es, por ahora,

posible predecir la estructura terciaria de una proteina unicamente a partir de su esturctura primaria. Sin embargo existen programas que permiten hacer estimaciones

Algunas proteínas pueden tener varios dominios: estructuras

terciarias independientes construidas a partir de una sola cadena polipeptídica

Estructura cuaternaria: Disposición espacial de las diferentes subunidades (cadenas polipeptídicas)

Hemoglobina

PROTEINAS/NIVELES DE ESTRUCTURA PROTEINAS/NIVELES DE ESTRUCTURA

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FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD DE LAS PROTEINAS

La solubilidad en agua de las proteínas depende de su naturaleza, pero también puede verse afectada por el medio.

Efecto del pH

so

lu

b

ili

d

a

d

pH Punto isoeléctrico

Efecto de las sales

so

lu

b

ili

d

a

d

Fuerza iónica Precipitación por salado (salting-out) “Salting-in”

Fuerza ionica=∑cizi2

FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD DE LAS PROTEINAS

Las proteínas también pueden perder solubilidad debido al: •Efecto de los solventes orgánicos: los solventes organicos, al tener menor polaridad que el agua reducen la solubilidad o causan desnaturalización de las proteínas (los residuos no polares quedan expuestos hacia afuera)

•Aumentos de temperatura que llevan a desnaturalización y agregación