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Proteínas Globulares: Hemoglobina. Proteínas

Fibrosas: Colágeno

Tema 3

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Proteínas Fibrosas y Proteínas Globulares

• Fibrosas– Forma alargada– Unidades repetidas de

un solo tipo de estructura secundaria

– Resistentes e insolubles– Función estructural

• Ejemplos– Colágeno (en tejido

conectivo de vertebrados)

– Queratina (en piel, pelo y uñas)

– Fibroína de la seda

• Globulares– Forma más o menos

esférica– Ricas en estructura

secundaria– Solubles, flexibles, y

dinámicas– Múltiples funciones

• Ejemplos– Hemoglobina– Inmunoglobulinas

(anticuerpos)– Enzimas

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Funcionalidad de las Proteínas Globulares

• La funcionalidad de las proteínas globulares depende de sus propiedades dinámicas– Flexibilidad

• No son estructuras rígidas• Su flexibilidad depende de un gran número de enlaces débiles

– Cambios conformacionales• Son pequeñas variaciones de su estructura terciaria• Sirven para regular su actividad

– Interacciones• Unión reversible de ligandos• Interacciones reversibles proteína-proteína• Se llevan a cabo mediante enlaces débiles

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Ejemplos de Proteínas Globulares: Hemoglobina y Mioglobina

• Mioglobina– Hemoproteína

monomérica– Función:

• Almacenamiento de O2en el músculo

• Hemoglobina– Hemoproteína

tetramérica• Cada cadena es muy

similar a la mioglobina– Función:

• Transporte de O2 y CO2entre los pulmones y los tejidos

Mioglobina

Hemoglobina

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El Sitio de Unión del Oxígeno

Fe2+

Desoxi-Hb Oxi-Hb

O2

Fe2+hemo

Hisproximal

Fe2+

Grupo hemoFe2+-protoporfirina IX

O2

Histidina distal

Histidina proximal

Cavidad hidrofóbica

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¿Cómo Funciona el Transporte de O2?

Y Y

YY

pO2

Eficiencia del transporte

Eficiencia del transporte

(Hemoglobina)

El transporte es eficaz si la saturación 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 afín

Poco afín

Muy afín

Cooperatividad

pO2 pO2

pO2

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Origen Molecular de la Cooperatividad: Alosterismo

• Alosterismo– Influencia mutua entre

“sitios” distintos

• La unión de O2 en una subunidad provoca:

– Desplazamiento del Fe2+

en el plano del grupo hemo

– Cambio conformacionaltransmitido a las subunidades vecinas

– Transición T R• Aumento de la

afinidad en subunidades vecinas

Desoxihemoglobina

Oxihemoglobina

Interfase 1 1- 2 2

1

2 2

1

Transmi-sión del cambio a otras subunida-des

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Regulación Alostérica de la Hemoglobina

• Ión H+, CO2 y 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG)– Efectores alostéricos heterotrópicos

• Actúan como inhibidores– Estabilizan forma desoxi (T)– Disminuyen afinidad por el O2

• Facilitan liberación en los tejidos

– Acentúan cooperatividad• Mejoran la efectividad del transporte

• Permiten regulación fisiológica– Modulan la afinidad por el O2

• H+ y CO2 son transportados en sentido inverso al O2

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Ejemplo: Regulación Alostérica por el 2,3-BPG

• Compuesto iónico– Carga negativa

• Papel del 2,3-BPG– Se une sólo a las

formas T (desoxi)• Estabiliza las formas T• Dificulta la transición

T R• Inhibe la unión de O2

• Sin 2,3-BPG– Mucha afinidad por O2

– Poca cooperatividad• Baja eficiencia de

transporte

++

+

+ +

+

+

+

-

--

-

-

p50O2P50O2’

1

0,5

0

Y

pO2 (torr)

sin 2,3-BPG

con 2,3-BPG

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Variantes Moleculares de la Hemoglobina

• Ejemplo: Hemoglobina fetal– Cadenas en lugar

de • His143 sustituida por

Ser (sin carga +)• Menor afinidad por el

2,3-BPG• Mayor afinidad por

O2

– Transferencia de O2 desde la hemoglobina materna

++

+

+ +

+

+

+

-

--

-

-

Sustituido por Ser(sin carga +)

Hemoglobina 2 2

Eritrocitos maternos ( 2 2)

Eritrocitos del feto ( 2 2)

El O2 fluye desde la oxihemoglobina materna a la desoxihemoglobina del feto

Y

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El Colágeno

• Proteína más abundante de los vertebrados

• Red fibrosa de tropocolágeno• Tropocolágeno

–Abundancia de Pro y Gly• Secuencia G-X-Y

–X e Y suelen ser Pro e hidroxi-Pro–En Y también abunda hidroxi-Lys

–Triple hélice a derechas formada por tres hélices a izquierdas

• Enlaces de H interhélice• Gly, uno de cada tres residuos,

en la zona de empaquetamiento

• Entrecruzamiento de unidades de tropocolágeno

–Por derivados aldehído de Lys

Hélice triple de tropocolágeno

Tres hélices a izquierdas

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Aminoácidos Especiales en el Colágeno

Residuo4-hidroxiprolil

Residuo3-hidroxiprolil

Residuo5-hidroxilisil

• Residuos de Prolina y Lisina hidroxiladas– Proporcionan grupos formadores de enlaces de hidrógeno– Se forman por adición de hidroxilo

• Modificación enzimática post-traduccional• Catalizada por una prolilhidroxilasa (o lisilhidroxilasa) que

requiere ascorbato (vitamina C) como antioxidante

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Biosíntesis del Colágeno

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Biosíntesis del Colágeno

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Fibrilogénesis del Colágeno

Cabezas de tropocolágeno

Estriaciones 640 Å (64 nm)

Estriaciones 640 Å (64 nm)

Tropocolágeno

Uniones hidoxilisinonorleucina

Cadena polipeptídica

Norleucina (residuo de Lys sin grupo -

amino)

Residuo de hidroxilisina

Cadena polipeptídica