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PROTEÍNAS
Tema 1. Péptidos y proteínas: introducción general a proteínas. Funciones.
Aminoácidos no proteicos. Enlace peptídico, características e importancia.
Estructura de proteínas. Estructura primaria. Determinación de la secuencia aminoácida. Estructura secundaria. Hélice alfa. Lámina plegada. Giros ß. Otras estructuras. Triple hélice del colágeno. Definición y ejemplos de motif y
dominios. Estructuras terciaria y cuaternaria. Vinculación estructura actividad biológica. Hemoglobina, mioglobina.
Voet • Voet • Pratt Fundamentos de Bioquímica La vida a nivel molecular 2ª edición
Ed. Panamericana
Lubert Stryer • Jeremy M. Berg • John L. Tymoczko
Bioquimica (5. ed) Ed. Reverte
Cox, M.M. • Nelson, D.L. • Lehinger A.
Principios De Bioquímica 4ta o 5ta Edición
Editorial Omega
Bibliografía
Biomoléculas más abundante en las células.
Formadas químicamente: N – C – O – H En pequeñas cantidades: S – P y otros
Están constituidas por monómeros simples: los aminoácidos
Diversidad de tamaño y variedad de grupos funcionales Gran diversidad estructural
Gran diversidad funcional
PROTEÍNAS generalidades
1
2
Funciones de las proteínas
Estructural:pelo, uñas, material extracelular, citoesqueleto
Catalizadora:de las reacciones biológicas
Defensa: anticuerpos, mucina, toxinas, venenos
Movimiento: fibrillas musculares, citoesqueleto,
flagelos Hormonal: insulina, glucagón,
hormona del crecimiento
Transporte: en sangre (Hb, BSA), a través de membrana, de electrones
Proteínas
Reserva: ovoalbúmina, gliadina, etc
Reguladora:
expresión de genes, ciclo celular Transmisión de señales:
Nerviosa, percepción de señales
AMINOÁCIDOS
carboxilo
alfa amino
radical
estructura carga tamaño
Propiedades La Pro posee una estructura
carbono alfa, centro quiral L aminoácidos 3
3
Curva de titulación de Aminoácidos
Conociendo el pH y el pI se pude inferir la carga del aminoácido
q = +1 q = 0 q = ‐1
5
6
AMINOÁCIDOS
carboxilo
alfa amino
radical
estructura carga tamaño
Propiedades La Pro posee una estructura
diferente!
carbono alfa, centro quiral L aminoácidos
ESTEREOISOMERÍA DE LOS AA
Los aminoácidos presentes en las proteínas son L aminoácidos
7
5
Aminoácido Abreviatura
tres letras una letra
Alanina Ala A
Arginina Arg R
Asparagina Asn N
Aspartato Asp D
Cysteine Cys C
Glutamine Gln Q
Glutamato Glu E
Glicine Gly G
Histidina His H
Isoleucina Ile I
Leucina Leu L
Lisina Lys K
Metionina Met M
Fenilalanina Phe F
Prolina Pro P
Serina Ser S
Treonina Thr T
Triptofano Trp W
Tirosina Tyr Y
Valina Val V
Asparagina B
Glutamina Z
Los aminoácidos se clasifican de acuerdo a su grupo R
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Aminoácidos con grupos R alifáticos
Aminoácidos con grupos R aromáticos
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7 ESPECTRO DE ABSORCIÓN DE TRIPTOFANO Y
TIROSINA y FENILALANINA
Aminoácidos Polares con grupos R no cargados
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Cisteína
Aminoácidos con grupos R cargados positivamente
pKa (R) = 10,53 pKa (R) = 12,48 pKa (R) = 6 15
9
Aminoácidos con grupos R cargados negativamente
pKa (R) = 3,65 pKa (R) = 4,25 17
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Aminoácidos modificados
DERIVADOS DE AMINOÁCIDOS CON ACIVIDAD BIOLÓGICA
19
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Aminoácidos no proteicos
GABA
UNIÓN PEPTÍDICA
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PÉPTIDOS
Serie de AA unidos por unión peptídica, a cada aminoácido de una cadena polipeptídica se le llama residuo
Se habla de dipéptidos 2 AA tripéptidos 3 AA
oligopéptidos pocos AA (10) polipéptidos hasta 100 AA proteínas 50 a 2000 AA
100 a 20000 AA
Los péptidos y proteínas son polares
Por convención se escriben desde el extremo amino terminal al extremo carboxilo terminal
Extremo amino terminal
Extremo carboxilo
terminal
Ser–Gly–Tyr–Ala–Leu SGYAL
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13
Péptidos con función biológica: glutatión
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Proteínas conjugadas
Clase Grupo prostético Ejemplo
Lipoproteínas lípidos lipoproteína beta (sangre) Glicoproteínas carbohidratos inmunoglobulina G Fosfoproteínas grupo(s)fosfato caseína (leche)
Hemoproteínas grupo hemo hemoglobina, mioglobina Falvoproteínas flavín nucleótidos succinato deshidrogenasa Metaloproteínas hierro
calcio cobre
ferritina calmodulina plastocianina
Holoproteína: La proteína junto con su grupo prostético Apoproteína: La porción netamente proteica
ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS (niveles)
Estructura primaria: Secuencia de AA en la proteína (describe las uniones covalentes: uniones peptídicas y puentes disulfuro)
Estructura secundaria: Se refiere a un arreglo espacial estable con un patrón estructural recurrente
Estructura terciaria: Plegamiento en el espacio del polipéptido
Estructura cuaternaria: Es el arreglo en el espacio de las distintas cadenas de una proteína oligomérica
Estructura tridimensional
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15 ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS (niveles)
la secuencia de aminoácidos contiene la información necesaria y suficiente para determinar la estructura tridimensional de una
proteína a sus diferentes niveles de complejidad
proteínas con funciones diferentes tienen secuencias de aminoácidos diferentes
se han correlacionado enfermedades genéticas con la producción de proteínas defectuosas proteínas con funciones similares de diferentes especies tienen secuencias de aminoácidos similares (ubiquitina)
La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos
Estructura primaria .
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proteínas con función similar en especies distantes pueden diferir de en el tamaño en la secuencia de aminoácidos proteínas
polimórficas
La secuencia de aminoácidos de una proteína posee cierta flexibilidad
Estructura primaria
existen regiones esenciales para la función y cuya secuencia se encuentra conservada
ESTRUCTURA PRIMARIA
Insulina primera secuencia
determinada por Sanger en 1953
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17 Determinación de la estructura primaria
Degradación de Edman:
se utiliza para determinar la secuencia de péptidos cortos
Determinación de la
composición (tipo y cantidad de cada AA)
Determinación del extremo amino-terminal
CF3COOH
Degradación de Edman: se utiliza para determinar la secuencia de péptidos cortos (50 - 100 AA)
Las proteínas grandes se secuencian por partes
Eliminar los puentes disulfuro
Fragmentar la proteína: enzimáticamente químicamente
Secuenciación, orden y solapamiento de fragmentos Ubicar los puentes disulfuro
Determinación de la estructura primaria
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ELIMINACIÓN DE LOS PUENTES DISULFURO
Determinación de la estructura primaria
Las proteínas se pueden fragmentar en sitios específicos Determinación de la estructura primaria
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Ejemplo
Determinación de la estructura primaria
Tripsina Bromuro de cianógeno
A partir de la secuencia del ADN
ADN Proteína
Determinación de la estructura primaria
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Determinació de la Estructura Primaria
Espectrometría de masas Tandem MS o MS/MS
Determinación de la estructura primaria
La secuencia se determina a partir del patrón de picos del espectro de fragmentación
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21 ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LAS
PROTEÍNAS
La estructura tridimensional está determinada por la secuencia primaria
La función está dada por la estructura
Una proteína existe en una o unas pocas conformaciones estables (estructura dinámica relacionada con la función). A las estructuras funcionales se las conoce como NATIVAS
Las uniones que mantienen la estructura terciaria son
principalmente no covalentes (puentes H, interacciones iónicas e interacciones hidrofóbicas) y puentes disulfuro
Se pueden reconocer patrones estructurales
Protein Data Bank (PDB): www.rcsb.org/pdb
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LA UNIÓN PEPTÍDICA ES PLANAR
enlace más corto que otros C‐N
6 átomos en un plano O y N en trans
La rigidez de los enlaces peptídicos limita el numero de conformaciones que puede adoptar
una cadena polipeptídica.
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23 ESTRUCTURA SECUNDARIA
Conformaciones locales de sectores de la cadena
Uniones puente H entre el O y el H del amino de las uniones peptídicas
Patrones de plegamiento regular de la cadena alfa hélice
conformación beta
v
ALFA HÉLICE
dextrógira
3,6 residuos por vuelta paso de 5,4 A
12 AA
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La tendencia de un segmento de un polipéptido a formar alfa-hélice depende de la secuencia de AA La interacción electrostática (atracción o repulsión) entre grupos R de residuos de AA contiguos
Tamaño de grupos R adyacentes
La interacción electrostática (atracción o repulsión) entre grupos R de residuos de AA distanciados por tres o cuatro residuos
La existencia de Gly y Pro
La interacción entre residuos de AA de los extremos de la alfa hélice con el dipolo inherente a la alfa hélice
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HOJA PLEGADA
Hoja beta antiparalela
Hoja beta paralela
entre 2 y 22 cadenas (6) de hasta 15 AA (6)
HOJA PLEGADA
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α‐hélice
puntos de inflexión
hoja plegada (twist) ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL
Conexión entre hojas plegadas
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Estan formados por 4 AA y el O del primer AA forma
puente con el H del cuarto. Gly y Pro
GIROS BETA
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ESTRUCTURA TERCIARIA
Es la estructura tridimensional de todos los átomos de la molécula de proteína.
Incluye interacciones entre grupos alejados en la secuencia primaria. Estas interacciones son débiles (hidrofóbicas, puente H, iónicas)
La estructura tridimensional está afectada por los AA que dan lugar a curvas: Pro, Thr, Ser, and Gly
ESTRUCTURA TERCIARIA interacciones
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29 ESTRUCTURA CUATERNARIA
Es el arreglo estructural de las cadenas polipetídicas de proteínas constituidas por varias subunidades (2 a cientos)
Proteínas constituidas por más de una cadena polipetídica (iguales o distintas): Dímeros, Trímeros, Tetrámeros, Oligómeros Multímeros
Interacciones débiles (hidrofóbicas, puente H, iónicas) Puentes disulfuro intercatenarios
Ventajas: mayor estabilidad (menor relación superficie /vol) regulación coordinada de funciones
cooperatividad
Proteínas fibrosas:
Largas hélices u hoja plegada, gran proporción de una única estructura secundaria
Funciones estructurales, dan forma, elasticidad y protección Son insolubles en agua y están formadas por AA hidrofóbicos Colágeno, queratina, fibroína de la seda
Proteínas globulares:
Distintas estructuras secundarias, la proteína se enrolla sobre sí misma. Gran complejidad estructural.
Funciones enzimáticas y reguladoras , de transporte , movimiento, defensa, regulación, etc
De acuerdo a su estructura tridimensional las proteínas se pueden clasificar
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Proteínas fibrosas: Colágeno
Matriz extracelular de vertebrados: da elasticidad, fuerza
Gly–X–Y
triple hélice de colágeno X (Pro) Y(4‐Hyp)
cadena alfa
Colágeno
Fibrilla de colágeno Uniones covalentes
entre Lys e HyLys (Y) 59
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Proteínas globulares
gran diversidad estructural y funcional: enzimas, transportadores, proteínas motoras y reguladoras, inmunoglobulinas, etc.
poseen estructuras muy compactas
Cadena polipeptídica única de 153 AA y posee un grupo protésico hemo Almacena y provee oxígeno en el músculo
Primera estructura terciaria completa se determinada por cristalografía de rayos X (John Kendrew y col. en la década de 1950.)
Tiene 8 regiones α hélice y no tiene β plegada (70% de sus AA)
Es muy compacta y se estabiliza por interacciones hidrofóbicas entre los residuos del interior
Proteínas globulares: Mioglobina
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MIOGLOBINA PORINA
Proteína de membrana
Proteinas Globulares
Patrones estructurales comunes
Motivos: arreglos estable de dos o más elementos de estructura secundaria y sus conexiones
Dominios: unidades globulares presentes en la estructura de muchas proteínas asociados a una determinada función
Troponin C 63
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Hemoglobina
Primer proteína oligomérica cuya estructura se determinó por rayos X Es un tetrámero α2 β2
Cada subunidad consta de un grupo hemo)
La estructura se mantiene mediante interacciones electrostáticas, enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas
HEMOGLOBINA
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Proteínas intrínsecamente desordenadas
Se asocian cáncer
enfermedades
neurodegenerativas patologías virales Funciones:
rutas reguladoras señalización celular
Relación estructura - función Mioglobina - Hemoglobina
67
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GRUPO HEMO
Hys 93 (proximal) Hys 64 (distal) 69
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Mioglobina y Hemoglobina Curvas de afinidad por el oxígeno
Cooperatividad positiva homotrópica
La Hemoglobina es una proteína cooperativa y alostérica
Efectores alostéricos
2,3 bifosfoglicerato H+
Cl–
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Cristalografía de rayos X, se obtiene una fotografía de cristales de la proteína. Los electrones dispersan los rayos X, la forma en que lo hacen dependen de la estructura
Resonancia magnética nuclear (RMN)se trabaja en solución, da información acerca de cambios conformacionales y se basa en las propiedades magnéticas de los núcleos de algunos elementos
Métodos de determinación de estructura terciaria
Soldano A, Klinke S, Otero LH, Rivera M, Catalano-Dupuy DL, Ceccarelli EA (2017) Structural and mutational analyses of the Leptospira
interrogansvirulence-related heme oxigenase provide insights into its catalytic mechanism. PLoS ONE 12(8): e0182535.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182535
La estructura se resolvió totalmente en Argentina
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González, M.M., Kosmopoulou, M., Mojica, M.F., Castillo, V., Hinchliffe, P., Pettinati, I., Brem, J., Schofield, C.J., Mahler, G., Bonomo, R.A., Llarrull, L.I., Spencer, J., Vila, A.J., 2015. Bisthiazolidines: A Substrate‐Mimicking Scaffold as an Inhibitor of the NDM‐1 Carbapenemase. ACS Infect. Dis. 1, 544–554.
https://doi.org/10.1021/acsinfecdis.5b00046
Patrones estructurales comunes
Motivos: arreglos estable de distintos elementos de estructura secundaria y sus conexiones
Dominios: unidades globulares presentes en la estructura de muchas proteínas asociados a una determinada función
Troponin C 75
39 Familias: proteínas pueden agruparse en familias según los
patrones de plegamiento o según el número de dominios estructurales.
Patrones estructurales comunes
DESNATURALIZACIÓN
Toda alteración en el equilbrio de las fuerzas no covalentes que mantienen la conformación nativa de la proteína provoca la desnaturalización
Calentamiento Variación de pH Detergentes
Agentes caotrópicos (ión guanidinio‐ urea)
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