14b. estructura de proteínas, 2: estructuras terciaria y cuaternaria. desnaturalización de las...
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14b. Estructura de proteínas, 2:Estructuras terciaria y cuaternaria.Desnaturalización de las proteínasPlegamiento de las proteínas
Estructuraterciaria
Ribonucleasa 13700 3.3Lisozima 14400 3.0Mioglobina 17000 3.1Seroalbúmina 65000 3.7Fibrinógeno 330000 27.0Seroalbúmina (urea 6 M) 65000 53.0Miosina 620000 230Tropocolágeno 345000 1150.0
Pesomolecular
Viscosidadintrínseca, []
Fuerzas que mantienen la estructura terciaria:
I. No covalentes
- Efecto hidrofóbico- Enlaces de hidrógeno- Interacciones iónicas o salinas
II. Covalentes
- Enlace disulfuro- Enlace amida
Val
Leu
Ile
Efecto hidrofóbico, 1
Efecto hidrofóbico, 2
Residuoshidrofóbicos
Residuospolares
Enlaces de hidrógeno
SCH2
R
H
H
HN N
CH2
H
C
O
R
H
H
C,M
E,G,N,Q
HO CH2
HO CH
R
HN
HCH2
HN
HC
O
NH
H C
NH2+
NH
Y
S,T
K
R
N,Q
Aceptores
Donadores
Enlaces de hidrógeno en estructura terciaria
Enlaces salinos o iónicos en estructura terciaria
CH2 NH3
K
RCH2 NH
C
NH2
NH2
H
HN
NH
CH2
OOC CH2
D,E
Enlaces covalentes en estructura terciaria: disulfuro
S
S
Enlaces covalentes en estructura terciaria: amida
N
C
N
C
N
C
O
N
H
O
H
O
H
R
R
H
N
C
N
C
C
N
O
H
H
O
R
H
O
D,E K
Difracción de rayos X
Mapas de densidadelectrónica
PapaínaDominio N-terminal
PapaínaDominio C-terminal
Dominio deinmunoglobulina
(VL)
Dominiosestructurales en la
Inmunoglobulina G
L
H
L
H
C1Q CQ Complement C1q C-terminal C345C C3 Complement C3/4/5 C-terminal CADHE CA Cadherin COL4C C4 Collagen IV C-terminal COLFI CF Fibrillar collagens C-terminal CYTR CR Cytokine receptor N-terminalEGF EG EGF-like FA58A FA Coagulation factors 5/8 type A FBG FG Fibrinogen beta/gamma C-terminal FN1 F1 Fibronectin type-I FN2 F2 Fibronectin type-II FN3 F3 Fibronectin type-III HEMOP HX Hemopexin-like IGSF IG Immunoglobulin "superfamily" KRING KR Kringle LAMD4 L4 Laminin domain IV (B-type) LAMEG LE Laminin EGF-like LDLRA LA LDL-receptor class A LINK LK Link (Hyaluronan-binding) LRR LR Leucine-rich repeat MACPF MA MAC proteins/perforin PKD PK PKD1-like SOMAB SO Somatomedin B THYG1 TY Thyroglobulin type-I VWFA VA von Willebrand factor type A WAP WA WAP (4-disulfide core) ZONAP ZP Zona pellucida domain
Algunos dominiosde proteínas
extracelulares
Representación gráfica de dominiosen proteínas extracelulares
Clasificación estructural de proteínas (CATH)
Niveles:
Nivel C: Clase
Nivel A: Arquitectura
Nivel T: Topología
Nivel H: Superfamilia
Clase
I. Principalmente II. Principalmente III. y IV. Sin estructura secundaria
Clase I: Principalmente
Arquitecturas:
1. No fasciculada2. Fasciculada3. Péptidos pequeños
Clase II: Principalmente
Arquitecturas:
1. Cinta2. Lámina3. Rollo4. Barril5. Concha6. Multicapa 7. Multicapa distorsionada8. Trifolio9. Prismas10. Hélices (propellors)11. Solenoides12. Complejas
Clase III: y
Arquitecturas:
1. Rollo2. Barril3. Multicapa 4. Multicapa 5. Multicapa 6. Multicapa 7. Caja8. Herradura9. Compleja
Clase IV: Sin estructura secundaria
Arquitectura:
1. Irregular
C: Principalmente A: No fasciculada
Mioglobina
Citocromo c’
C: Principalmente A: Fasciculada
Porina
C: Principalmente A: Barril
Hemopexina
C: Principalmente A: Hélice (propellor)
Pectato liasa
C: Principalmente A: Solenoide
Triosafosfatoisomerasa
C: y A: Barril
Inhibidor deribonucleasa
C: y A: Herradura
Lectina dePisum sativum
C: Sin estructura IIA: Irregular
Estructura cuaternaria
+
+
-
-
a) Más de un N-término en la reacción de Sanger
b) Disociación apreciable en electroforesis ante condiciones desnaturalizantes:
Proteína nativa
Proteína + SDS+ mercaptoetanol
Fuerzas que mantienen la estructura cuaternaria:
I. No covalentes
- Contactos hidrofóbicos- Enlaces de hidrógeno- Interacciones iónicas o salinas
II. Covalentes
- Enlace disulfuro- Enlace amida
Hemoglobina(forma desoxi-, T)
22
Concanavalina A(homotetrámero)
Aspartatotranscarbamilasa
(C3)2(R 2)3
Glucógeno fosforilasa(homotetrámero)
Desnaturalización de las proteínas
Consiste en la pérdida de todas las estructuras deorden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria)quedando la proteína reducida a un polímero estadístico.
Consecuencias inmediatas son:
- Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación
- Pérdida de todas sus funciones biológicas
- Alteración de sus propiedades hidrodinámicas
Agentes desnaturalizantes
I. Físicos
1. Calor2. Radiaciones
II. Químicos: todos los agentes que rompen interacciones o enlaces presentes en la estructura nativa de la proteína:
1. Detergentes2. Urea y guanidina a altas concentraciones3. Altas concentraciones de sal y extremos de pH4. Reactivos de grupos -SH
HOCH2 CH2 SH
CH2 SH
HOCH
HCOH
CH2 SH
C O
NH2
NH2
C NH
NH2
NH2
O S
O
O
O-
2-mercaptoetanol
Ditiotreitol (DTT)
Dodecilsulfato sódico (SDS, laurilsulfato)
Urea
Guanidina
Agentes desnaturalizantes
El proceso de desnaturalización
Temperatura (uu.arbitrarias)
0 2 4 6 8 10 12
Vis
cosi
da
d in
trín
seca
, [ ]
0
1
La desnaturalizaciónes un procesocooperativo
N
C
65
72
268458
11095
40
26
40
58
65
72
84
95
110
SH
SH
SHSH
SH
SH
SH
SH
Urea 8M
Mercaptoetanol
NC
Experimento de Anfinsen, 1
Experimento de Anfinsen, 2
N
C
65
72
268458
11095
40
26
40
58
65
72
84
95
110
SH
SH
SHSH
SH
SH
SH
SH
Diálisis
Plegamiento o ensamblamiento de proteínas
1. AutoensamblamientoLa proteína se pliega sin ninguna otra ayuda
2. Ensamblamiento dirigidoLa proteína se pliega gracias a la acción deotras proteínas
Una proteína recién sintetizada posee solamentesu estructura primaria. Para que sea plenamentefuncional ha de plegarse correctamente en unaforma tridimensional única.
Proteínadesplegada(unfolded)
Glóbulofundido
(molten globule)
Proteínaplegada(folded)
1 2
Paso 1:Rápido (ms); nucleación de la proteína a través delas zonas hidrofóbicas de la estructura, lo cual permitela formación de estructuras secundarias, disulfuros ycis-prolinas. Hay enzimas que aceleran estos últimospasos.
Paso 2: Lento (s); Ya están presentes todos los elementos deestructura secundaria (hélices y láminas) y el interiorhidrofóbico presenta una cierta movilidad, que queda“congelada” al alcanzar el estado plegado
Proteínas tutoras o “chaperoninas”(Hsp: heat-shock proteins)
Hsp70 (DnaK): dependiente de ATP, proceso poco conocido
Hsp60 (GroEL) y Hsp10 (GroES): proceso dependiente deATP. La proteína desplegada o parcialmente plegada formaun complejo en la cavidad dejada por estas dos proteínas yadquiere la conformación correcta.
Estructura molecular de GroEL
Modificaciones covalentes de la estructura proteica
1. Fosforilación2. Acilación (miristilación)3. Prenilación4. Glicosilación (N- y O-)5. Unión covalente a ubicuitina6. Amidación C-terminal7. Carboxilación dependiente de vitamina K8. Escisión (Splicing) proteica
Fosforilación
C
HN
HC
C
NH
CH2 O P
O
O-
O-
O
O
C
HN
HC
C
NH
CH O P
O
O-
O-
O
O CH3
C
HN
HC
C
NH
O
O
CH2 O P
O
O-
O-
S T
YFosforilación deSer, Thr y Tyr
Tiene significado funcional,está producida por protein kinasas
Acilación (miristilación)
C
O
N CN C
H
O
H
R2
R1 O
Unión a una glicina N-terminal, en enlace amidacon el grupo -NH2 de ácido mirístico (C14)
Al parecer, sirve para el autoensamblamiento deestructuras supramoleculares (estructura cuaternaria, partículas víricas, etc.)
Prenilación
HC
OC
NH
CO
HN
OC
NH
COO-R3
R2
R1
HN
CO
CH2 SC
Secuencia consenso:
C-{DENQ}-[LIVM]-X
Tiene lugar en proteínasrelacionadas con sistemas detransducción de señales:ras, G, G, Rodopsina kinasa, cAMP fosfodiesterasa, etc.
NH
CH
CO
HN
OC
NH
CO
R2
R1
CH2CHNO
N C CH3
O
O
OH
OH
HOCH2
HN
OC
R3
Secuencia consenso:
N - {P} - [ST] - {P}
N-Glicosilación
Unión covalente a ubicuitina
CO
HN
OC
NH
CO
(CH2)4
HN
OC
R4
N
R1
C
O
HCH2 NH Ub
N C
O
HCH2 NH Ub
(CH2)4NC
O
H
UbUbUb
N-término
Residuo delisina
Ubicuitina:
Marca a las proteínaspara su degradación.
NHNH
NO
O CH2
NHN
O CO
NH2
TRH (Hormona liberadora de tirotropina)
Amidación C-terminal
Secuencia consenso:
X - G - [RK] - [RK]
-Carboxilación de glutamato(dependiente de vitamina K)
NH
CO
HN
HC
OC
NH
CO
CH2 CH2 COO-
R
R
NH
CO
HN
HC
OC
NH
CO
CH2 CH COO-
R
R
COO-
vit. K
Tiene lugar, entre otros, en algunos factores de la coagulación:protrombina, factores VII, IX y X, proteínas C, S y Z.
Escisión (splicing) proteica
Exteína Inteína Exteína1
Exteína Inteína Exteína2 COOH H2N
Exteína Exteína Inteína3 COOH H2N
Transpeptidación