dinamica de las proteinas tema3
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J. Salgado, UVEG 2007
Dinmica de las Protenas
Tema 3
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Esquema del Tema
Dinmica y Funcionalidad Flexibilidad Cambios conformacionales Interacciones
Interaccin Protena/Ligando Generalidades Fraccin de saturacin Cooperatividad Alosterismo
Protenas transportadoras de oxgeno Mioglobina y Hemoglobina Curvas de saturacin de O2 Origen molecular de la
cooperatividad Efectores alostricos de la
hemoglobina. Origen molecular del alosterismo 2,3-BPG Efecto Bohr CO2
Variantes naturales y patologa molecular de la hemoglobina
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Dinmica y Funcionalidad
La funcionalidad de las Protenas depende de sus propiedades dinmicasFlexibilidad
Las protenas no son estructuras rgidas Su flexibilidad depende de un gran nmero de enlaces
dbiles
Cambios conformacionales Son pequeas variaciones de la estructura terciaria Sirven para regular la actividad de las protenas
Interacciones Unin reversible de ligandos Interacciones reversibles protena-protena Se estabilizan mediante enlaces dbiles
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Interaccin Protena (P) / Ligando (L)
Muchas funciones dependen de la unin reversible de ligandos
Tipos de ligandos En catlisis
P = enzima L = sustrato, activador,
inhibidor
En sealizacin P = receptor L = hormona
En transporte P = transportador L = O2, lpido, azcar, etc.
En sistema inmunolgico P = anticuerpo L = antgeno
LP L
Sitio de unin
Sitio de unin Especfico y definido Interacciones P-L
Enlaces dbiles: Hidrofbicos Inicos Enlaces de H van der Waals Otros
Complejo PL
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Fraccin de Saturacin
Para un solo sitio:
P + L PL
Constante de disociacin
DefinimosFraccin de Saturacin Y :
De las expresiones anteriores
Ecuacin de una hiprbola
1
0,5
0
Y
Kd [L]KdKd
Unin dbil
Unin fuerte
Definicin de Kd
Concentracin de ligando para la cual se alcanza la mitad de la saturacin mxima (L)
Representacin de Y frente a [L]
Kd = LAfinidad Kd
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Cooperatividad
Para varios sitios Sitios equivalentes e independientes K1 = K2 = Kn = L c = 1
Sitios equivalentes y dependientes Supercooperatividad +
Todos simultneamente
c = n Cooperatividad +
K1 > K2 > Kn 1 < c < n
Cooperatividad K1 < K2 < Kn 0 < c < 1
P + L PLK1
PL + L PL2K2
PL2 + L PL3K2
PLn-1 + L PLnKn
c coeficiente de Hill
P + nL PLnK
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Curvas de Cooperatividad Positiva
La afinidad aumenta a medida que se van ocupando los sitios Resultado:
Curva sigmoidea Superposicin de distintas
curvas hiperblicas tericas
Efecto homotrpico Mismo ligando en los
distintos sitios (equivalentes) La unin en un sitio afecta a
la afinidad en otros (dependientes) Si facilita: cooperatividad
positiva Generalmente, cada sitio en
una subunidad proteica (protenas multimricas)
1
0,5
0
Y
L [L]KdKd
Unin db
il
(primer sit
io)
Unin fuerte (ltimo sitio)
Curva sigmoidea
Unin cooperativ
a
L representa la afinidad del conjuntoPara el conjunto No cabe hablar de Kd
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Modelos de Cooperatividad Dos estados conformacionales de afinidad
T (tenso), baja afinidad, R (relajado), alta afinidad, La unin de L induce una transicin conformacional T->R Dos modelos:
L L L L L
L
L L
L L
Modelo concertado (Monod, Wyman, Changeux; 1965)
Modelo Secuencial (Koshland, Nmethy, Filmer; 1966)
L L L L
L L
L L
L L
L
L LL LL L L
tetrmero
tetrmero
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Alosterismo
Mecanismo de regulacin
Se debe a cambios conformacionales inducidos por la unin de un ligando efector
Efecto heterotrpico
Entre sitios no equivalentes
Distintos ligandos
Cada uno su sitio especfico
Positivo activacin En protenas multimricas
favorece estado R
Negativo inhibicin En protenas multimricas
favorece estado T
I
Efector negativo (inhibidor)
Efector positivo (activador)
A
Activador
S
P
Sustrato
S
P
Sustrato Inhibidor
A
P
I
PSP
A
P S
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Curvas de Alosterismo
Solo heterotrpico Activacin o inhibicin
sin cooperatividad Activador
Aumenta la afinidad Inhibidor
Disminuye la afinidad
Homo y heterotrpico Cooperatividad + activacin o
inhibicin Activador
Afinidad, cooperatividad Inhibidor
Afinidad, cooperatividad
1
0,5
0
Y
L[L]L
+ Activador1
0,5
0
Y
[L]
+ Inhibidor
+ Activador
L
Slo cooperatividad
+ Inhibidor
KdKd Kd
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Ejemplo de Sistemas Alostricos: Protenas Transportadoras de O2
Mioglobina Hemoprotena
monomrica Funcin:
Almacenamiento de O2en el msculo
Hemoglobina Hemoprotena
tetramrica Cada cadena es muy
similar a la mioglobina Funcin:
Transporte de O2 y CO2entre los pulmones y los tejidos
Mioglobina
Hemoglobina
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El Sitio de Unin del Oxgeno
Fe2+
Desoxi-Hb Oxi-Hb
O2
Fe2+hemo
Hisproximal
Fe2+
Grupo hemoFe2+-protoporfirina IX
O2
Histidina distal
Histidina proximal
Cavidad hidrofbica
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Cmo Funciona el Transporte de O2?
Y Y
YY
pO2
Eficiencia del transporte
Eficiencia del transporte
(Hemoglobina)
El transporte es eficaz si la saturacin en los tejidos es mucho menor que en los pulmones
mala
buena(R)
(T)
La mayor eficacia se consigue con un comportamiento cooperativo (sigmoideo)
regular
Muy afn
Poco afn
Muy afn
Cooperatividad
pO2 pO2
pO2
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Origen Molecular de la Cooperatividad
La hemoglobina es un dmero de dmeros Interfase DE- D2E2
Interacciones inicas en forma desoxi (T)
Grupos hemo muy separados
La unin de O2 en una subunidad provoca: Desplazamiento del Fe2+ en
el plano del grupo hemo
Cambio conformacionaltransmitido a las subunidades vecinas(Transicin T R)
Desoxihemoglobina
Oxihemoglobina
Interfase D1E1- D2E2
D1
D2 E2
E1
Transmi-sin del cambio a otras subunida-des
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Transicin T R en la Hemoglobina1.Unin de O2 a una
subunidadCambia sta de T a R
2.Reordenamiento de la interfase D1E1-D2E2
3.Cambio conformacionaltransmitido a las subunidades vecinas
Giro de 15 de D1E1 con respecto a D2E2
Disminucin de cavidad entre E1 y E2
4. Transicin T R en subunidades vecinasAumento de afinidad por
el O2 Cooperatividad
Forma T(desoxi)
Forma R(oxi)
D1 D2
E1E2
D1 D2
E1E2
D1 E1
D2E2
D1 E1
D2E2
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Efectores Alostricos de la Hemoglobina
In H+, CO2 y 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) Efectores heterotrpicos
Actan como inhibidores Estabilizan forma desoxi (T)
Disminuyen afinidad por el O2 Facilitan liberacin en los tejidos
Acentan cooperatividad
Mejoran la efectividad del transporte
Permiten la regulacin fisiolgica de la hemoglobina Modulan su afinidad por el O2
Transporte de H+ y CO2 en sentido inverso al O2
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Papel del 2,3-BPG
Compuesto inico Carga negativa
Se une slo a las formas T Sitio de unin slo en las
formas T 2,3-BPG dificulta la
transicin T R Estabiliza forma desoxi Inhibe la unin de O2
Sin 2,3-BPG Mucha afinidad por O2 Poca cooperatividad
Baja eficiencia del transporte de O2
++
+
+ +
+
+
+
-
--
-
-
p50O2P50O2
1
0,5
0
Y
pO2 (torr)
sin 2,3-BPG
con 2,3-BPG
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Papel del H+ (Efecto Bohr)
Un pH ms bajo facilita la liberacin de O2 en los tejidos pH 7,4 (pulmones)
Mayor afinidad pH 7,2 (msculo activo)
Menor afinidad
Origen molecular del efecto Bohr Grupos ionizables protonados
(dos His y N-terminal) En estado protonado forman
puente salino Estabilizan forma T (desoxi) Disminuyen la afinidad por el
O2 Se libera O2 en los tejidos
pH 7,2 (en los tejidos)
Protn aadido
Puente salino que estabiliza la forma T (desoxi)
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Papel del CO2
Una mayor presin parcial de CO2 facilita la liberacin de O2 en los tejidos En los tejidos, pCO2 alta
Menor afinidad por O2
En los pulmones pCO2 baja Mayor afinidad por O2
Origen molecular CO2 en los tejidos reacciona
con grupos N-terminal de la Hb Forma grupos carbamato con
carga Participan en puentes salinos
de las formas T
Estabiliza forma desoxi
Facilita liberacin de O2
Tejidos Pulmones
Y
carbamato
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Variantes Moleculares de la Hemoglobina
Hemoglobina fetalCadenas J en lugar
de E His143 sustituida por
Ser (sin carga +) Menor afinidad por el
2,3-BPG Mayor afinidad por
O2Transferencia de O2desde la hemoglobina materna
++
+
+ +
+
+
+
-
--
-
-
Sustituido por Ser(sin carga +)
Hemoglobina D2 J2
Eritrocitos maternos (D2 E2)
Eritrocitos del feto (D2 J2)
El O2 fluye desde la oxihemoglobina materna a la desoxihemoglobina del feto
Y
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