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PROTEÍNASTema 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 • PrattFundamentos de Bioquímica La vida a nivel molecular 2ª edición Ed. Panamericana
Lubert Stryer • Jeremy M. Berg • John L. TymoczkoBioquimica (5. ed) Ed. Reverte
Cox, M.M. • Nelson, D.L. • Lehinger A.Principios De Bioquímica 4ta o 5ta EdiciónEditorial 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
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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
estructuracargatamaño
PropiedadesLa Pro posee una estructura diferente!
carbono alfa, centro quiralL aminoácidos
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Curva de titulación de Aminoácidos
Conociendo el pH yel pI se pude inferir la carga del aminoácido
q = +1 q = 0 q = ‐1
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AMINOÁCIDOS
carboxilo
alfa amino
radical
estructuracargatamaño
PropiedadesLa Pro posee una estructura diferente!
carbono alfa, centro quiralL aminoácidos
ESTEREOISOMERÍA DE LOS AA
Los aminoácidos presentes en las proteínas son L aminoácidos
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Aminoácido Abreviatura
tres letras una letraAlanina Ala AArginina Arg RAsparagina Asn NAspartato Asp DCysteine Cys CGlutamine Gln QGlutamato Glu EGlicine Gly GHistidina His HIsoleucina Ile ILeucina Leu LLisina Lys KMetionina Met MFenilalanina Phe FProlina Pro PSerina Ser STreonina Thr TTriptofano Trp WTirosina Tyr YValina 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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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
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Aminoácidos con grupos R cargados negativamente
pKa (R) = 3,65 pKa (R) = 4,25
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Aminoácidos modificados
DERIVADOS DE AMINOÁCIDOS CON ACIVIDAD BIOLÓGICA
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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 AAtripéptidos 3 AAoligopéptidos pocos AA (10)polipéptidos hasta 100 AAproteínas 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–LeuSGYAL
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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 hierrocalciocobre
ferritinacalmodulinaplastocianina
Holoproteína: La proteína junto con su grupo prostéticoApoproteína: 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 unaproteína oligomérica
Estructuratridimensional
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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
Insulinaprimera secuenciadeterminada porSanger en 1953
Frederick Sanger
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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: enzimáticamentequímicamente
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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EjemploDeterminación de la estructura primaria
TripsinaBromuro 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
Determinación de la Estructura Primaria
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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 estructuralesProtein 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 planoO 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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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 betav
ALFA HÉLICE
dextrógira3,6 residuos por vueltapaso de 5,4 A12 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
ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL
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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 TERCIARIAinteracciones
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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, OligómerosMultímeros
Interacciones débiles (hidrofóbicas, puente H, iónicas)Puentes disulfuro intercatenarios
Ventajas: mayor estabilidad (menor relación superficie /vol)regulación coordinada de funcionescooperatividad
Proteínas fibrosas:Largas hélices u hoja plegada, gran proporción de una única estructura secundariaFunciones estructurales, dan forma, elasticidad y protecciónSon insolubles en agua y están formadas por AA hidrofóbicosColágeno, 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: ColágenoMatriz 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)
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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 PORINAProteína de membrana
Proteinas Globulares
Patrones estructurales comunes
Motivos: arreglos estable de dos o más elementos de estructura secundaria y sus conexiones
Dominios: unidades globularespresentes en la estructura de muchas proteínas asociados a una determinada función
Troponin C
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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 cáncerenfermedades neurodegenerativas patologías virales
Funciones:rutas reguladoras señalización celular
Relación estructura - funciónMioglobina - Hemoglobina
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GRUPO HEMO
Hys 93 (proximal)
Hys 64 (distal)
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Mioglobina y HemoglobinaCurvas de afinidad por el oxígeno
Cooperatividad positiva homotrópica
La Hemoglobina es una proteína cooperativa y alostérica
Efectores alostéricos
2,3 bifosfogliceratoH+
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 Leptospirainterrogans virulence-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 anInhibitor 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 globularespresentes en la estructura de muchas proteínas asociados a una determinada función
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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
CalentamientoVariación de pHDetergentesAgentes caotrópicos (ión guanidinio‐ urea)
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