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PROTEÍNAS
Bioquímica, CHEM 4220Universidad Interamericana de PR
Recinto de BayamónProf. Alberto L. Vivoni Alonso Prof. J. Roberto Ramirez Vivoni
Versión marzo 2015
¿Qué son las proteínas?
• Cadena de aminoácidos• Estructura tridimensionales• Llevan a cabo diversas funciones • Su función depende de la estructura
tridimensional• Se sintetizan por traducción
Síntesis de proteínas por traducción
Funciones de las proteínas
• Catálisis enzimática• Transporte• Soporte estructural• Movimiento• Reconocimiento• Regulación
Clasificación de proteínas por estructura
• Fibrosas – tienen forma de fibras. Ejemplos: queratinas (pelo, uñas), miosinas (músculos), colágeno (piel, tendones)
• Globulares - tienen forma de glóbulos. Ej. Enzimas, hemoglobina, insulina, caseina en la leche
Otras clasificaciones
• Proteínas transmembrenales: atraviesan la membrane cellular
• Proteína nativa: la forma en que funciona biológicamente en la célula
• Proteínas conjugadas: Enlazadas covalentemente con grupos prostéticos (grupos diferentes de aminoácidos)
Proteínas conjugadas
• Apoproteína: Porción polipeptídica solamente de una proteína
• Haloproteína: Proteína activa con todos sus componentes (polipéptido, grupos prostéticos, cofactores) – Glicoproteínas: enlazados a sacáridos– Lipoproteínas: enlazadas a lípidos
Mioglobina: proteína conjugada
Proteínas globulares y fibrosas
Mioglobina Colágeno
Niveles estructurales
• 1°: Secuencia de aminoácidos• 2°: Doblamiento de estructura 1°• 3°: Doblamiento de estructura 2°• 4°: Unión de 2 o más estructuras 3°
Estuctura primaria
• Secuencia de aminoácidos• Resultado de la traducción de información
genética• Define forma y función de la proteína
Estructura primaria
Estructura secundaria de proteínas• Proteínas globulares:– Hélices a– Láminas plegadas b– Conectores
• Proteínas fibrosas– Arrollo de varias cadenas
Hélice α
Hélice α vista desde arriba
Hélice α• Espiral de derecha (como un tornillo) • El oxígeno de los carbonilos forma puente
de H con un H amido 4 aminoácidos alejado.
• Cada vuelta cubre 5.4 Å y posee 3.6 aminácidos.
• Grupos R quedan hacia afuera.• Residuos Gly y Pro rompen la hélice.
Puentes de hidrógeno en hélices a
Cálculo en hélice alfa
• Determine la longitud (en Angstroms) de una pieza con contiene 8 aminoácido. (1 Angstrom = 10-10 metros)
Láminas plegadas b
• Configuración b: cadena extendida
• Dos o más regiones del polipéptido interaccionando
• Dos posibles orientaciones: paralela y anti-paralela
N
NN
O
O
O
N
N
N
O
O
OR
R
R
R
R
H
H
H
H
H
H
12
34
56
Lámina plegada β anti-paralela
Orientaciones anti-paralela y paralelai
Láminas plegadas b paralelas y anti-paralelas
N
NN
O
O
O
N
N
N
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OR
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N N
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N
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O
O R
R
R
R
R
H
H
H
H
H
H
12
34
56
12
34
56
12
Estructura secundaria: helice a, lámina b paralelas y anti-paralelas, conectores
Estructura terciaria
Doblamiento de estructura 2°
Fuerzas que mantienen estructura 3°
• Fuerzas London (van der Waals) entre grupos R no-polares e hidrofóbicos
• Puentes de H entre grupos R con O, N o S• Puentes salinos entre aminoácidos de carga
opuesta• Puentes disulfuros entre cisteínas
Fortaleza de fuerzas intramolecularesen Kcal/mol
•E•Puente salino (enlace iónico) ~150
•Puente de Hidrógeno 10-16
•Fuerzas London < 1
•Puente disulfuro (S-S) 60
•Otros enlaces covalentes: C-N 65 C-C 80 C=C 145C-H 98
Interacciones hidrofóbicas (London)
Puentes de hidrógeno
Puentes salinos
Puentes disulfuros (cistinas)
Fuerzas intramoleculares
Hydrophobicinteraction
Estructura cuaternaria
• Unión de dos o más estructuras 3°• Fuerzas que las unen son las mismas de estructura 3°• Residuos polares tienden a estar en la superficie; los no-
polares en el interior.
Hemoglobina
Preguntas
• De los siguientes residuos, cuáles se espera que se encuentren en la superficie de la proteína y cuáles en el interior: metionina, histidina, arginina, fenilalanina, valina, glutamina, ácido glutámico.
• Qué función se espera que ejerza fenilalanina en la superficie de una proteína?
• Qué función se espera que ácido aspártico ejerza en el interior de una proteína?
Ejemplo de proteína fibrosa: Colágeno
• Se encuentra en la piel y tendones
• Triple hélice de derecha• Cadenas individuales son
hélices de izquierda• Una vuelta son 3.3 aminoácidos
y 9.6 angstrom• Se componen de
Pro-Gly-X*
* X: cualquier otro aminoácido
Proteínas globulares vs fibrosas
Globulares1. Estructura compacta 2. Soluble en agua 3. Estructura 2° compleja
4. Unión con otras proteínas por fuerzas no-covalentes
5. Actuan en toda función del metabolismo: enzimas, transporte, hormonas, etc.
6. Se desnaturalizan fácilmente
Fibrosas
1. Estructura extendida2. Insoluble en agua3. Estructura 2° simple (helices y
laminas)4. Unión con otras proteínas por
puentes covalentes5. Estructurales: tendones,
ligamentos, pelo, piel, huesos, músculo
6. No se desnaturalizan con facilidad
Desnaturalización de proteínas
• Estructuras 2° y 3° se desorganizan• Se pierde la forma nativa y función• Factores– Temperatura– pH– Solventes orgánicos y detergentes– Metales pesados
Desnaturalización
Efecto de temperatura
Efecto de pH (pH óptimo para función biológica)
Desnaturalización por ácido o base
Desnaturalización por alcohol
Desnaturalización por agentes reductores
Desnaturalización por metales• Sales metálicas interrumpen puentes salinos• Cationes de sales metálicas:
Hg+2, Pb+2, Ag+1 , Cd+2
Determinación de la estructura de las proteínas (Protein Data Bank, PDB)
• Rayos X• Resonancia magnética nuclear (NMR)• Espectrometría de masa (MS)
Purificación y caracterización
Propiedades físicas:• Solubilidad• Carga• Punto isoleléctrico• Polaridad• Tamaño• Afinidad
Métodos experimentales
• Cromatografía– Afinidad– Intercambio iónico
• Electroforesis• Dialisis• Filtración• Centrifugación
Pregunta
• Las proteínas ovalbumin, ureasa y mioglobina tienen un pI de 4.6, 5.0 y 7.0 respectivamente. Una mezcla de ellas se vierte en una columna de celulosa con cargas positivas. Luego de que la columna se eluye con un amotiguador de pH 6.5 a diferentes concentraciones de sal, en qué orden saldrán estas proteínas de la columna?
Otra pregunta
• En qué orden salen las las siguientes proteínas de una columna de flitración de gel:
Proteína Masa molar (kD) mioglobina 16catalasa 500citocroma c 12quimotripsógeno 26hemoglobina 66
Electroforesis
anode
cathode
Pregunta
• En qué dirección se moverán las siguientes proteínas en un campo eléctrico a pH 5 y 7?
Proteína pIalbúmina 4.6lactoglobulina 5.2
Otra pregunta
• Hemoglobina tiene un pI = 6.9. Una variante tiene un residuo de glutamato en vez de valina en la posición 67. Qué efecto tiene esta sustitución en la electroforesis de esta proteína a pH 7.5?
El caso de hemoglobina
• Tetrámero compuesto de 2 cadenas ,a 2 cadenas b y grupos hemo.
Grupo hemo
Mioglobina
Características
• Afinidad para oxígeno• Efecto de pH• Alosterismo• Cooperatividad