reporte no. 5 (bioquímica computacional)
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA.
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
ÁREA DE QUÍMICA
LABORATORIO BIOQUÍMICA
SECCIÓN “A”
AUX. SERGIO HERNÁNDEZ
PRÁCTICA No. 5 BIOQUÍMICA COMPUTACIONAL
LUIS ERNESTO RUIZ FUNES 2007 – 14344
Guatemala, 09 de Octubre de 2009.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN
En química la Dinámica Molecular (DM) es una técnica de simulación en la que
se permite que átomos y moléculas interactúen por un período de tiempo. En
general, los sistemas moleculares son complejos y consisten de un gran número
de partículas, por lo cual sería imposible encontrar sus propiedades de forma
analítica. Para evitar este problema, la DM utiliza métodos numéricos. Representa
un punto intermedio entre los experimentos y la teoría. Puede ser entendida como
un experimento en la computadora.
La dinámica molecular es un campo interdisciplinario. Sus leyes y teorías
provienen de las Matemáticas, Física y Química. Emplea algoritmos de las
Ciencias de la Computación y Teoría de la información. Permite entender a los
materiales y las moléculas no cómo entidades rígidas, sino como cuerpos
animados. Originalmente fue concebida dentro de la física teórica, aunque hoy en
día se le utiliza sobre todo en biofísica y ciencia de materiales. Su campo de
aplicación va desde superficies catalíticas hasta sistemas biológicos.
En esta Práctica de Bioquímica Computacional, se analizo distintas
Moléculas de Proteínas, esto se llevo a cabo utilizando el programa de VMD
(VISUAL MOLECULAR DYNAMICS) que se desarrolla sobre todo como
herramienta para la visión y analizar los resultados de las simulaciones
moleculares de la dinámica. Pero también incluye las herramientas para trabajar
con datos volumétricos, datos de la secuencia, y objetos arbitrarios de los gráficos.
Las escenas moleculares se pueden exportar a las herramientas de
representación externas por ejemplo POV-Rayo, Renderman, Tachyon, VRML, y
muchos otros. Los usuarios pueden funcionar sus el propios Tcl y Python
escrituras dentro de VMD como incluye a intérpretes encajados del Tcl y del
Python.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
OOBBJJEETTIIVVOOSS
GGEENNEERRAALL
Conocer como la Dinámica Molecular (DM) es una técnica de simulación que
permite predecir los datos experimentales con los teóricos, por medio de la
interactuación entre átomos y moléculas.
EESSPPEECCÍÍFFIICCOOSS
Determinar las distintas Conformaciones de Estructuras presentadas en la
Práctica.
Conocer las secuencias de Aminoácidos para Proteínas establecidas.
Saber distinguir características Físicas y Químicas de Moléculas a partir de
su Estructura.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
MMAARRCCOO TTEEÓÓRRIICCOO
PROTEÍNAS
GENERAL
Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de
aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα
("prota"), que significa "lo primero" o del dios Proteo, por la cantidad de
formas que pueden tomar.
Las proteínas desempeñan un papel fundamental en los seres vivos y
son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Realizan una enorme
cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:
Estructural (colágeno y queratina).
Reguladora (insulina y hormona del crecimiento).
Transportadora (hemoglobina).
Defensiva (anticuerpos).
Enzimática.
Contráctil (actina y miosina).
Las proteínas de todo ser vivo están determinadas mayoritariamente por
su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis
no ribosomal), es decir, la información genética determina en gran medida
qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.
Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren
regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son susceptibles a
señales o factores externos. El conjunto de las proteínas expresadas en
una circunstancia determinada es denominado proteoma.
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CARACTERÍSTICAS
Las proteínas son macromoléculas; son biopolímeros, es decir, están
constituidas por gran número de unidades estructurales simples repetitivas
(monómeros). Debido a su gran tamaño, cuando estas moléculas se
dispersan en un disolvente adecuado, forman siempre dispersiones
coloidales, con características que las diferencian de las disoluciones de
moléculas más pequeñas.
Por hidrólisis, las moléculas de proteína se escinden en numerosos
compuestos relativamente simples, de masa pequeña, que son las
unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula. Estas
unidades son los aminoácidos, de los cuales existen veinte especies
diferentes y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Cientos y
miles de estos aminoácidos pueden participar en la formación de la gran
molécula polimérica de una proteína.
Todas las proteínas tienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y
casi todas poseen también azufre. Si bien hay ligeras variaciones en
diferentes proteínas, el contenido de nitrógeno representa, por término
medio, 16% de la masa total de la molécula; es decir, cada 6,25 g de
proteína contienen 1 g de N. El factor 6,25 se utiliza para estimar la
cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición de N
de la misma.
La síntesis proteica es un proceso complejo cumplido por las células
según las directrices de la información suministrada por los genes.
Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces
peptídicos entre el grupo carboxilo (-COACH) y el grupo amino (-NH2) de
residuos de aminoácido adyacentes. La secuencia de aminoácidos en una
proteína está codificada en su gen (una porción de ADN) mediante el
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código genético. Aunque este código genético especifica los 20
aminoácidos "estándar" más la selenocisteína y —en ciertos Archaea— la
pirrolisina, los residuos en una proteína sufren a veces modificaciones
químicas en la modificación postraduccional: antes de que la proteína sea
funcional en la célula, o como parte de mecanismos de control. Las
proteínas también pueden trabajar juntas para cumplir una función
particular, a menudo asociándose para formar complejos proteicos
estables.
FUNCIONES
Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las
moléculas constituyentes de los seres vivos (biomoléculas). Prácticamente
todos los procesos biológicos dependen de la presencia o la actividad de
este tipo de moléculas. Bastan algunos ejemplos para dar idea de la
variedad y trascendencia de las funciones que desempeñan. Son proteínas:
Casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones químicas en
organismos vivientes.
Muchas hormonas, reguladores de actividades celulares.
La hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la
sangre.
Los anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra
infecciones o agentes extraños.
Los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces
de desencadenar una respuesta determinada.
La actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del
músculo durante la contracción.
El colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de
sostén.
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ESTRUCTURA
Es la manera como se organiza una proteína para adquirir cierta forma.
Presentan una disposición característica en condiciones fisiológicas, pero si
se cambian estas condiciones como temperatura, pH, etc. pierde la
conformación y su función, proceso denominado desnaturalización. La
función depende de la conformación y ésta viene determinada por la
secuencia de aminoácidos.
Para el estudio de la estructura es frecuente considerar una división en
cuatro niveles de organización, aunque el cuarto no siempre está presente.
Conformaciones o niveles estructurales de la disposición tridimensional:
Estructura primaria.
Estructura secundaria.
o Nivel de dominio.
Estructura terciaria.
Estructura cuaternaria.
A partir del nivel de dominio sólo las hay globulares.
PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS
Solubilidad: Se mantiene siempre y cuando los enlaces fuertes y débiles
estén presentes. Si se aumenta la temperatura y el pH, se pierde la
solubilidad.
Capacidad electrolítica: Se determina a través de la electroforesis,
técnica analítica en la cual si las proteínas se trasladan al polo positivo
es porque su molécula tiene carga negativa y viceversa.
Especificidad: Cada proteína tiene una función específica que está
determinada por su estructura primaria.
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Amortiguador de pH (conocido como efecto tampón): Actúan como
amortiguadores de pH debido a su carácter anfótero, es decir, pueden
comportarse como ácidos (aceptando electrones) o como bases
(donando electrones).
ESTRUCTURAS DE LAS PROTEÍNAS
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La estructura de las proteínas es un conjunto de propiedades espaciales de las
moléculas de proteína dependientes derivadas de su naturaleza en secuencia de
aminoácidos, las características físicas de su entorno y la presencia de
compuestos, simples o complejos que las estabilicen y/o conduzcan a un
plegamiento específico, distinto del espontáneo. Por ello, deriva de sus
componentes, es decir de la propia estructura de los aminoácidos, de cómo
interaccionan químicamente éstos, de forma jerarquizada y específica, y
evidentemente está en relación con la función a acometer en el destino celular.
TERMODINÁMICA DEL PLEGAMIENTO
En condiciones fisiológicas, el proceso de plegamiento de una proteína globular
está claramente favorecido termodinámicamente, esto es, el incremento de
energía libre global del proceso debe ser negativo (aunque alguno de sus pasos
puede ser positivo). Este cambio se consigue equilibrando una serie de factores
termodinámicos como la entropía conformacional, las interacciones carga-carga,
los puentes de hidrógeno internos, las interacciones hidrofóbicas y las
interacciones de van der Waals.
ENTROPÍA CONFORMACIONAL
Se define entropía conformacional del plegado como la disminución de la
entropía, de la aleatoriedad en definitiva, durante el paso desde una multitud de
conformaciones de ovillo aleatorio hasta una única estructura plegada. La energía
libre, representada en la ecuación ΔG = ΔH - T ΔS, demuestra que el ΔS negativo
realiza una contribución positiva a ΔG. Es decir, el cambio de entropía
conformacional se opone al plegado. Por ello, el ΔG global, que debe ser negativo,
se debe a que o bien ΔH es negativo y grande o a algún otro aumento de la
entropía con el plegado. En la práctica se dan ambas cosas.
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La fuente de ΔH negativo es el cúmulo de interacciones favorables
energéticamente que se dan en el interior del glóbulo proteico, interacciones que
suelen ser no covalentes.
INTERACCIONES CARGA-CARGA
Las interacciones carga-carga se dan entre grupos polares y cargados de las
cadenas laterales de los aminoácidos componentes del polipéptido, puesto que los
grupos carboxilo y amino del carbono alfa están implicados en el enlace peptídico.
De este modo, dichos grupos ionizados se atraen y forman un equivalente a sales
entre residuos del polipéptido: de hecho, se denominan a veces puentes salinos.[3]
Evidentemente, dichas interacciones desaparecen cuando el pH del medio es tal
que se pierde el estado de ionización del grupo; de hecho, esta es una de las
causas de la desnaturalización rápida de las proteínas mediante adición de ácidos
o bases, y subyuga a las proteínas a un entorno de un pH tamponado y moderado,
que es el fisiológico, salvo excepciones, como puede ser el interior lisosomal en el
entorno subcelular.
ENLACES DE HIDRÓGENO INTERNOS
Dos moléculas relacionándose mediante cuatro
puentes de hidrógeno, representados mediante líneas
de puntos.
Las cadenas laterales de muchos aminoácidos se
comportan como donadores o como aceptores de
enlaces de hidrógeno (es el caso de los grupos hidroxilo de la serina y los grupos
amino de la glutamina, por ejemplo). Además, si los protones amida o los
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carbonilos del armazón polipeptídico no están implicados en el enlace peptídico,
pueden interaccionar también en este tipo de uniones estabilizadoras.
Si bien los enlaces de hidrógeno son débiles en disolución acuosa. Su gran
número puede estabilizar, y lo hace, la estructura terciaria proteica.
INTERACCIONES DE VAN DER WAALS
El denso empaquetamiento en el núcleo de las proteínas globulares facilita la
interacción débil entre grupos moleculares sin carga. Dichos enlaces son de baja
energía, pero su abundante número suple su debilidad. Cada interacción individual
sólo contribuye en unos pocos kilojulios a la entalpía de interacción negativa
global. Pero la suma de todas las contribuciones de todas las interacciones sí que
puede estabilizar a la estructura plegada. De este modo, una contribución
energética favorable a partir de la suma de las interacciones intramoleculares
compensa de modo más que suficiente la entropía desfavorable del plegado.
INTERACCIONES HIDROFÓBICAS
Por definición, cualquier sustancia hidrofóbica en contacto con el agua provoca
que ésta huya y se agrupe en estructuras denominadas clatratos. Esta ordenación
corresponde a una disminución de la entropía del sistema. En el caso de las
proteínas, los residuos hidrofóbicos de los aminoácidos quedan orientados, en su
plegamiento, hacia el interior de la molécula, en contacto con sus semejantes y
alejados del agua. En consecuencia, la internalización de los grupos hidrófobos
aumenta la aleatoriedad del sistema 'proteína más agua' y, por consiguiente,
produce un aumento de entropía al doblarse. Este aumento de entropía produce
una contribución negativa a la energía libre del plegado y aumenta la estabilidad
de la estructura proteica.
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FUNCIÓN DE LOS ENLACES DISULFURO
Molécula de cistina, fruto de la condensación de dos
cisteínas mediante un enlace disulfuro.
La estabilización de la proteína recién plegada puede suceder mediante la
formación de puentes disulfuro entre residuos de cisteína adyacentes o
enfrentados. Dicho procesamiento se produce en muchos casos en el lumen del
retículo endoplasmático mediante la enzima disulfuro isomerasa, presente en
todas las células eucariotas. Dicha enzima, que cataliza la oxidación de los grupos
sulfhidrilo o grupos tiol (-SH2) de los residuos de cisteína, es especialmente
abundante en órganos como el hígado o páncreas, donde se producen pequeñas
cantidades de proteínas que contienen este tipo de enlaces.
NIVELES DE ESTRUCTURACIÓN
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Representación de la estructura proteica a tres niveles: arriba, el primario,
compuesto por los aminoácidos; en el centro, el secundario, definido por las
estructuras en alfa hélice, beta lámina y semejantes; y abajo el terciario, que
detalla todos los aspectos volumétricos.
La estructura de las proteínas puede jerarquizarse en una serie de niveles,
interdependientes. Estos niveles corresponden a:
1. Estructura primaria, que corresponde a la secuencia de aminoácidos.
2. Estructura secundaria, que provoca la aparición de motivos estructurales.
3. Estructura terciaria, que define la estructura de las proteínas compuestas
por un sólo polipéptido.
4. Estructura cuaternaria, si interviene más de un polipéptido.
ESTRUCTURA PRIMARIA
La estructura primaria de las proteínas se refiere a la secuencia de
aminoácidos., es decir, la combinación lineal de los aminoácidos mediante un tipo
de enlace covalente, el enlace peptídico. Los aminoácidos están unidos por
enlaces peptídicos siendo una de sus características más importante la
coplanaridad de los radicales constituyentes del enlace.
La estructura lineal del péptido definirá en gran medida las propiedades de
niveles de organización superiores de la proteína. Este orden es consecuencia de
la información del material genético: Cuando se produce la traducción del RNA se
obtiene el orden de aminoácidos que van a dar lugar a la proteína. Se puede decir,
por tanto, que la estructura primaria de las proteínas no es más que el orden de
aminoácidos que la conforman.
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ESTRUCTURA SECUNDARIA
La estructura secundaria de las proteínas es el plegamiento que la cadena
polipeptídica adopta gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los
átomos que forman el enlace peptídico, es decir, un tipo de enlace no covalente.
Los motivos más comunes son la hélice alfa y la beta lámina.
HÉLICE ALFA
Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura helicoidal
dextrógira, con unos 3.6 aminoácidos por vuelta. Cada aminoácido supone un giro
de unos 100° en la hélice, y los carbonos α de dos aminoácidos contiguos están
separados por 1.5Å. La hélice está estrechamente empaquetada, de forma que no
hay casi espacio libre dentro de la hélice. Todas las cadenas laterales de los
aminoácidos están dispuestas hacia el exterior de la hélice.
El grupo amino del aminoácido (n) puede establecer un enlace de hidrógeno
con el grupo carbonilo del aminoácido (n+4). De esta forma, cada aminoácido (n)
de la hélice forma dos puentes de hidrógeno con su enlace peptídico y el enlace
peptídico del aminoácido en (n+4) y en (n-4). En total son 7 enlaces de hidrógeno
por vuelta. Esto estabiliza enormemente la hélice. Esta dentro de los niveles de
organización de la proteína.
LÁMINA BETA
La beta lámina se forma por el posicionamiento paralelo de dos cadenas de
aminoácidos dentro de la misma proteína, en el que los grupos amino de una de
las cadenas forman enlaces de hidrógeno con los grupos carbonilo de la opuesta.
Es una estructura muy estable que puede llegar a resultar de una ruptura de los
enlaces de hidrógeno durante la formación de la hélice alfa. Las cadenas laterales
de esta estructura están posicionadas sobre y bajo el plano de las láminas. Dichos
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sustituyentes no deben ser muy grandes, ni crear un impedimento estérico, ya que
se vería afectada la estructura de la lámina.
ESTRUCTURA TERCIARIA
Es el modo en que la cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es decir,
cómo se enrolla una determinada proteína, ya sea globular o fibrosa. Es la
disposición de los dominios en el espacio.
La estructura terciaria se realiza de manera que los aminoácidos apolares se
sitúan hacia el interior y los polares hacia el exterior en medios acuosos. Esto
provoca una estabilización por interacciones hidrofóbicas, de fuerzas de van der
Waals y de puentes disulfuro (covalentes, entre aminoácidos de cisteína
convenientemente orientados) y mediante enlaces iónicos.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
La hemoglobina es una proteína tetraédrica que
suele emplearse como ejemplo de proteína con
estructura cuaternaria.
La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de
varias cadenas peptídicos que, asociadas, conforman un ente, un multímero, que
posee propiedades distintas a la de sus monómeros componentes. Dichas
subunidades se asocian entre sí mediante interacciones no covalentes, como
pueden ser puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o puentes salinos.
Para el caso de una proteína constituida por dos monómeros, un dímero, éste
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puede ser un homodímero, si los monómeros constituyentes son iguales, o un
heterodímero, si no lo son.
ÁNGULOS DE ROTACIÓN Y REPRESENTACIONES DE RAMACHANDRAN
Ángulos de rotación en la cadena peptídica. La convención de la dirección de
rotación positiva se muestra por el sentido de la flecha.
En una cadena polipeptídica, se definen dos
enlaces del armazón capaces de rotar: uno es el
enlace entre el nitrógeno y el Cα, y el otro el enlace
entre el Cα y el oxígeno del carbonilo. Ambos definen
dos ángulos de rotación:
El ángulo de rotación φ, definido por los cuatro átomos sucesivos del
esqueleto CO-NH-Cα-CO, implicando a dos aminoácidos.
El ángulo de rotación ψ, definido por los cuatro átomos sucesivos del
esqueleto: NH-Cα-CO-NH, que implica a dos aminoácidos.
La orientación del eje de giro considerada positiva por convención se muestra
en la imagen; corresponde a la propia de las agujas del reloj.
Existen dos excepciones en los aminoácidos que se representan en estos
diagramas: la glicina, carente de un sustituyente, y la prolina, cíclica debido a la
tenencia de una estructura tipo pirrol, no cumplen los requisitos requeridos para
una representación convencional.
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Diagrama de Ramachandran de una proteína. Las zonas energéticamente
favorables son representadas mediante contornos coloreados. Cada aminoácido
está representado mediante un punto rojo. Se marcan con cruces las glicinas,
carentes de cadena lateral.
Se puede describir, por tanto, la conformación del armazón de cualquier
residuo concreto de una proteína especificando estos dos ángulos. Con estos dos
parámetros podemos describir la conformación de dicho residuo en un mapa
mediante un punto, con coordenadas φ y ψ. Para determinados tipos de estructura
secundaria, como la hélice alfa, todos los residuos comparten dichos ángulos, por
lo que un punto en el mapa en determinada posición puede describir una
estructura secundaria. Estos mapas, denominados representaciones de
Ramachandran, por el bioquímico G. N. Ramachandran que los usó por
ampliamente en [1963], permiten deducir dichas conformaciones.
DOMINIOS, MOTIVOS Y OTROS ELEMENTOS CONFORMACIONALES
Es común que algunas zonas de la proteína tengan entidad estructural
independiente, y a menudo funciones bioquímicas específicas, como, por ejemplo,
alguna actividad catalítica. Su naturaleza depende de las estructuras
anteriormente citadas a todos los niveles.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas
que, asociadas, conforman un ente, un multímero, con propiedades distintas.
Dominio de unión a calcio de calmodulina; las esferas azules representan al
metal.
Las proteínas están organizadas en muchas unidades. Un dominio estructural
es un elemento de la estructura de las proteínas que se autoestabiliza y a menudo
estabiliza a los motivos conformacionales independientemente del resto de la
cadena de proteína. Muchos dominios son únicos y proceden de una secuencia
única de un gen o una familia génica pero en cambio otros aparecen en una
variedad de proteínas. Los dominios son, a menudo, seleccionados
evolutivamente porque poseen una función prominente en la biología de la
proteína pertenecen; por ejemplo, "el domino de unión a calcio de calmodulina". La
ingeniería genética permite modificar los dominios de una proteína a otra para
generar proteínas quiméricas con funciones novedosas. Un motivo en este sentido
se refiere a una combinación específica de elementos estructurales secundarios
(como los hélice-giro-hélice). Estos elementos son llamados a menudo
superestructuras secundarias.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
Antígeno T del virus SV-40, proteína que consta de tres dominios
diferenciados: primero, un anillo formado por seis subunidades de helicasa, en
azul; segundo, un dominio de anclaje, en verde; tercero, una proteína de unión, en
rojo, que, en este caso, interacciona con la proteína del retinoblastoma.
Suele denominarse motivo conformacional de forma global a un tipo de motivo,
como los barriles-beta. La estructura de los motivos a menudo consiste en solo
unos pocos elementos, por ejemplo, las hélice-giro-hélice, que sólo tienen tres. Se
denota que la “secuencia espacial” es la misma en todas las instancias del motivo.
Su orden es bastante irregular dentro del gen subyacente. Los motivos
estructurales de la proteína a menudo incluyen giros de longitud variable en
estructuras indeterminadas, lo que en efecto crea la plasticidad necesaria para
unir dos elementos en el espacio que no están codificados por una secuencia de
ADN inmediatamente adyacente en un gen. Se denota también que incluso
cuando están codificados los elementos estructurales secundarios de un motivo en
el mismo orden en dos genes, la composición cuantitativa de aminoácidos puede
variar. Esto no sólo es cierto debido a las complicadas relaciones entre la
estructura terciaria y primaria, sino por cuestiones relativas al tamaño. Si bien en
la base de datos de levadura hay descritas unas 6.000 proteínas, hay muchos
menos dominios, motives estructurales y pliegues. Esto es, en parte,
consecuencia de la evolución. Esto significa, por ejemplo, que un dominio de una
proteína puede ser trasladado de una a otra, dando así una nueva función a las
proteínas. Debido a estos mecanismos, los dominios o motivos estructurales
pueden ser comunes a varias familias de proteínas.
CINÉTICA DEL PLEGADO DE LAS PROTEÍNAS
Aunque el plegamiento de las proteínas parta de un estado lineal inicial y uno
final bien definidos, el proceso de plegamiento no es algo brusco con un lugar de
partida y un fin, sino que está plagado de intermedios temporalmente mensurables
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
y de vital importancia. Incluso, la estructura final dista mucho de ser estática:
algunos autores imaginan a las proteínas como entidades dinámicas que
continuamente cambian de estructura, de un modo similar al latido cardíaco.
Si bien el plegamiento de una proteína es un suceso rápido, que se completa
en apenas un segundo, topológicamente es un problema muy complejo. Este
hecho dio lugar a la paradoja de Levinthal, propia de Cyrus Levinthal en 1968: un
cálculo aproximado indica que una cadena polipeptídica de unos 120 residuos
posee unas 1050 conformaciones. Aunque la molécula pudiera intentar una nueva
conformación cada 10-13 segundos, se necesitarían unos 1030 años para intentar
un número significativo de ellas. No obstante, proteínas de estas características se
pliegan in vitro en un minuto.
La resolución de la paradoja pasa por la aceptación de la existencia de estados
de plegamiento intermedios, en los que la proteína se encuentra parcialmente
desplegada, en una ruta como sigue:[3]
1. Proteína desplegada.
2. Nucleación del plegado.
3. Estados intermedios.
4. Estado de glóbulo fundido.
5. Reordenamientos finales.
6. Proteína plegada.
ELEMENTOS MODULADORES
TEMPERATURA
El papel de la temperatura es crucial puesto que su entidad físico-química, la
energía cinética contenida en los átomos, dota de reactividad a los aminoácidos y,
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
por ello, a las proteínas. No obstante, existe un límite, a unos 50 °C, sobrepasado
el cual las proteínas pierden su conformación, esto es, se desnaturalizan.
La desnaturalización, producida por la temperatura y otros agentes
desnaturalizantes, ocurre a varios niveles:
En la desnaturalización de la estructura cuaternaria, las subunidades de
proteínas se separan o su posición espacial se corrompe.
La desnaturalización de la estructura terciaria implica la interrupción de:
o Enlaces covalentes entre las cadenas laterales de los aminoácidos
(como los puentes disulfuro entre las cisteínas).
o Enlaces no covalentes dipolo-dipolo entre cadenas laterales polares
de aminoácidos.
o Enlaces dipolo inducidos por fuerzas de Van Der Waals entre
cadenas laterales no polares de aminoácidos.
En la desnaturalización de la estructura secundaria las proteínas pierden
todos los patrones de repetición regulares como las alfa hélices y adoptan
formas aleatorias.
La estructura primaria, la secuencia de aminoácidos ligados por enlaces
peptídicos, no es interrumpida por las desnaturalización.
DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA PROTEICA
Alrededor del 90% de las estructuras de las proteínas disponibles en el Banco
de Datos de Proteínas han sido determinadas por cristalografía de rayos X. Este
método permite medir la densidad de distribución de los electrones de la proteína
en las 3 dimensiones (en el estado de cristalización), lo que permite obtener las
coordenadas 3D de todos los átomos para determinar su posición con certeza.
Aproximadamente el 9% de las estructuras de proteínas conocidas han sido
obtenidas por técnicas de resonancia magnética nuclear, que también pueden ser
usadas para identificar estructuras secundarias.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
El efecto del dicroismo circular en la transmisión de ondas polarizadas se
emplea en la determinación de la estructura de las proteínas.
Nótese que los aspectos de las estructuras secundarias pueden ser detectados
mediante medios bioquímicos como el dicroísmo circular El microscopio
crioelectrónico que se ha convertido recientemente en un medio para determinar
las estructuras proteicas con una resolución baja (menos de 5 Å ó 0,5 nm) y se
prevé que será una herramienta importante para los trabajos de alta resolución en
la década próxima. Esta técnica es aún un recurso importante para científicos que
están trabajando en complejos muy grandes de proteínas, como la cubierta y
cápside de los virus y las proteínas amiloideas.
Aproximación a la estructura proteica a distintas resoluciones
Resolución Interpretación
>4.0 Coordenadas individuales sin significado
3.0 - 4.0 Plegamiento posiblemente correcto, pero comúnmente con errores.
Algunas cadenas laterales poseen mal los rotámetros.
2.5 - 3.0 Plegamiento bien dilucidado salvo en algunos pliegues superficiales,
mal modelados. Algunas cadenas laterales largas (Lys, Glu, Gln) y
otras cortas (Ser, Val, Thr) mal orientadas.
2.0 - 2.5 El número de cadenas laterales con un rotámetro incorrecto es mucho
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
menor. Los errores, pequeños, son detectados normalmente. Los
pliegues superficiales están bastante bien definidos. Los ligandos y el
agua son visibles.
1.5 - 2.0 Pocos residuos poseen mal rotámetro. Los errores pequeños son
detectados. Los pliegues incorrectos son muy raros, incluso en
superficie.
0.5 - 1.5 En general, todo está correctamente resuelto. Las librerías de
rotámetros y os estudios geométricos se hacen a este nivel de
precisión.
Se dará una pequeña reseña sobre cuatro proteínas tratadas en la práctica, las
que posteriormente serán analizadas más a fondo (Véase, Marco Práctico):
1. Quitina.
2. Amilasa.
3. Invertasa.
4. Ureasa.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
QUITINA
GENERAL
La quitina es uno de los componentes principales de las paredes
celulares de los hongos, del resistente exoesqueleto de los artrópodos
(arácnidos, crustáceos, insectos) y algunos otros animales (quetas de
anélidos, perisarco de cnidarios). La primera persona que consiguió
describir correctamente su estructura química fue Albert Hoffman.
La quitina es un polisacárido compuesto de unidades de N-
acetilglucosamina (exactamente, N-acetil-D-glucos-2-amina). Éstas están
unidas entre sí con enlaces β-1,4, de la misma forma que las unidades de
glucosa componen la celulosa. Así, puede pensarse en la quitina como en
celulosa con el grupo hidroxilo de cada monómero reemplazado por un
grupo de acetilamina. Esto permite un incremento de los enlaces de
hidrógeno con los polímeros adyacentes, dándole al material una mayor
resistencia.
Es el segundo polímero natural más abundante después de la celulosa.
Es usada como agente floculante para tratamiento de agua, como agente
para curar heridas, como espesante y estabilizador en alimentos y
medicamentos, como resina intercambiadora de iones. Es altamente
insoluble en agua y en solventes orgánicos debido a los enlaces de
hidrógeno que presenta la molécula. La quitina se vuelve soluble en ácidos
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
inorgánicos diluidos cuando pierde el acetilo del grupo acetilamino,
convirtiéndose en quitosana.
Contrario a lo que generalmente se piensa, la quitina no forma parte de
las conchas de los moluscos gasterópodos. Éstas están formadas por una
combinación de nácar, conquiolina, aragonito y carbonato de calcio.
El término quitina deriva de la palabra griega chiton χιτών, que significa
túnica, haciendo referencia a su dureza.
HISTORIA
La quitina fue aislada por primera vez en 1811 por Braconnot de algunos
hongos superiores (Fungi) como una fracción resistente al álcali y lo llamó
fungina. En 1823 Odier aisló un residuo insoluble a soluciones de KOH del
élitro de un escarabajo y le dio el nombre de quitina, del griego chiton,
túnica o cobertura. Odier identificó quitina en el caparazón desmineralizado
del cangrejo y sugirió que es el material base del exoesqueleto de todos los
insectos y posiblemente de los arácnidos.
SÍNTESIS
La quitina se sintetiza en el organismo a partir de glucosa con la ayuda
de algunas enzimas entre ellas la quitina sintetasa. La hidrólisis enzimática
de la quitina a acetilglucosamina se realiza por un sistema consistente de
dos hidrolasas: quitinasa y quitobiasa. Las quitinasas son enzimas
ampliamente distribuidas y son sintetizadas por bacterias, hongos y
glándulas digestivas de los animales cuya dieta incluye quitina.
ESTRUCTURA
Por mucho, la forma más abundante y la más extensamente investigada
es la α-quitina que se encuentra en la cutícula de los artrópodos y en ciertos
hongos. La β-quitina se encuentra en el calamar y existe como un hidrato
cristalino de baja estabilidad ya que el agua puede penetrar entre las
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
cadenas de las capas. La γ-quitina se encuentra en los capullos de los
escarabajos. La conformación de la α-quitina es una celda ortorrómbica
(a=4.74Å, b=18.86Å y c=10.31Å.
OBTENCIÓN
La α-quitina se obtiene comercialmente del exoesqueleto de cangrejos y
camarones. El exoesqueleto tiene como componentes principales quitina,
carbonato de calcio y proteínas. También contiene pigmentos y grasa en
pequeñas cantidades. La quitina es muy estable a los ácidos y álcalis y no
es soluble en disolventes ordinarios. Por lo tanto, se puede aislar como un
producto que permanece después de la descomposición con ácido y álcali
de las otras sustancias presentes en el exoesqueleto. El exoesqueleto
primero se limpia y trata con ácido para remover el carbonato de calcio.
Para la desmineralización generalmente se utiliza HCl, HNO3, H2SO3,
CH3COOH o HCOOH, pero el HCl es el preferido y se usa en
concentraciones entre 0.3 y 2 M durante 1-48 h a temperaturas que varían
de 0 a 100°C. El HCl durante el proceso también disminuye el peso
molecular de la quitina. El exoesqueleto descalcificado se corta en
pequeños pedazos o se pulveriza y se desproteiniza con tratamientos
alcalinos. La solución alcalina penetra en los intersticios de la matriz del
caparazón para romper el enlace entre las proteínas y la quitina.
Típicamente se trata con soluciones acuosas de NaOH 1-2 M durante 1-72
h a temperaturas que varían de 65 a 100°C. La quitina se obtiene como un
polvo blanquecino. El tratamiento alcalino, además, produce desacetilación
en la molécula de quitina. También se pueden utilizar métodos
complementarios al tratamiento ácido-base. Por ejemplo, la degradación
enzimática de las proteínas con proteasas en condiciones suaves. Sin
embargo, después del tratamiento permanece proteína residual entre 1 a
7% y el tiempo de reacción es más largo comparado con el método
químico.
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SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS
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AMILASA
La amilasa, denominada también ptialina o tialina, es un enzima hidrolasa
que tiene la función de digerir el glucógeno y el almidón para formar azúcares
simples, se produce principalmente en las glándulas salivares (sobre todo en las
glándulas parótidas) y en el páncreas. Tiene un pH de 7. Cuando una de estas
glándulas se inflama aumenta la producción de amilasa y aparece elevado su nivel
en sangre. Fue la primera enzima en ser identificada y aislada por Anselme Payen
en 1833, quien la bautizó en un principio con el nombre de diastasa.
CLASIFICACIÓN
α-Amilasa
(Nombre alternativos: 1,4-α-D-glucano-glucanohidrolasa; glucogenasa)
Las α-amylasas son enzimas dependientes de cloruro, completamente
afuncionales en ausencia de iones de cloruro. Actúan a lo largo de cualquier punto
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
de la cadena de los carbohidratos, descomponiéndolos en maltotriosa y maltosa
desde la amilosa o maltosa, glucosa y dextrina desde la amilopectina. Dado que
puede actuar en cualquier punto de la cadena es más rápida que la β-amylasa. En
los animales es una enzima digestiva mayor y su pH óptimo está entre 6.7 y 7.0.
En fisiología humana tanto la procedente de la saliva como la pancreática son
α-Amylasas. Puede encontrarse en algunas plantas, hongos y bacterias.
β-Amilasa
(Nombres alternativos: 1,4-α-D-glucano-maltohidrolasa; amilasa sacarogénica)
Otra forma de amilasa, la β-amilasa es también sintetizada por bacterias,
hongos y plantas. Actúa desde el extremo no reductor de la cadena, catalizando la
hidrólisis del segundo enlace α-1,4, rompiendo dos unidades de glucosa (maltosa)
a la vez. Durante el proceso de maduración de la fruta la β-amilasa rompe el
almidón en azúcar dando lugar al sabor dulce de la fruta. La amilasa presente en
el grano de cereal es la responsable de la producción de malta. Muchos
microorganismos también producen amilasa para degradar el almidón extracelular.
Los tejidos animales no contienen β-amilasa, aunque puede estar presente en
microorganismos saprófitos del tracto gastrointestinal. Tiene un pH óptimo de 12.
γ-Amilasa
(Nombres alternativos: Glucano 1,4-α-glucosidasa; aminoglucosidasa; Exo-1,4-α-
glucosidasa; glucoamilasa; α-glucosidasa lisosómica; 1,4-α-D-glucano
glucohidrolasa)
Además de romper el último enlace α(1-4)glicosídico en el extremo no reductor
de la cadena de amilosa y amilopectina, liberando glucosa, la γ-amilasa puede
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romper los enlaces glicosídicos α(1-6). A diferencia de las otras amilasas esta
forma es más eficaz en medios ácidos y su pH óptimo es de 3.Tambien colabora
en el momento de la exitación.
USOS
Las enzimas amilasas son empleadas en la fabricación de pan para romper
azúcares complejos como el almidón (presente en la harina) en azúcares simples.
La levadura puede entonces alimentarse de esos azúcares simples y convertirlos
en productos de fermentación alcohólica. Este proceso da sabor al pan y hace
elevar la masa. Las células de la levadura contienen amilasas pero necesitan
tiempo para fabricar la suficiente cantidad para romper el almidón. Este es el
motivo de la necesidad de largos tiempos de fermentación (especialmente para
determinadas masas). Las técnicas modernas de elaboración de masas incluyen
la presencia de amilasas para facilitar y acelerar estos procesos.
Algunas amilasas bacterianas se emplean como detergentes para disolver
almidones en determinados procesos industriales.
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SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS
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INVERTASA
La Invertasa es también conocida como sacarosa; la cual desdobla la sacarosa
en Fructosa y Galactosa, como todas las enzimas, también es susceptible de
efectuar la reacción en sentido inverso:
La Sacarasa o Invertasa es utilizada para hidrolizar la sacarosa y polisacáridos
que presenten el mismo tipo de enlace (b-d-fructofuranosil). Las enzimas del tipo
de la Invertasa se encuentran presenten en el organismo de las abejas y en
algunas levaduras. A la mezcla resultante de Fructosa y Glucosa se le denomina
“Azúcar invertido” debido a la inversión de sus propiedades ópticas de una
rotación positiva [ + 66.5] a una rotación negativa que es promedio de la rotación
de la glucosa [+52.7] y de la fructosa [-92.4] ...El primero en describir esta
propiedad, poniendo asimismo su nombre de Invertasa a la enzima fue Berthelot
en 1860... La forma más común de este azúcar invertido la miel de abeja, la cual,
es una mezcla sobresaturada de glucosa y fructosa.
Aparte de cambiar sus propiedades ópticas, también cambian las propiedades
químicas de las soluciones que son tratadas mediante Invertasa. En la caso de la
sacarosa, el tipo de enlace que subsiste entre sus moléculas enlazadas de
fructosa y sacarosa (que es a para la glucosa y b para la fructosa) impide que
dicha molécula contenga terminales reductores (aldehídos o cetónicos). Al
hidrolizarse, estas moléculas quedan libres recuperando así su poder reductor.
Normalmente se obtiene a partir de la levadura Saccharomyces cerevisiae y se
utiliza en la confección de fórmulas que prevengan la cristalización de
determinados preparados dulces, incluyendo la industria del chocolate. En algunos
jarabes se utiliza también para aumentar sus propiedades edulcorantes. Otra
aplicación es su utilización para la fabricación de rellenos blandos de caramelos.
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Fisiológicamente, cuando el ser humano consume azúcar común o sacarosa, la
Invertasa presente en la saliva y en tracto digestivo, cataliza la reacción de
rompimiento del enlace glucosídico haciendo que el procesamiento y asimilación
de esta por su organismo sea bastante rápido.
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SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS
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UREASA
La Ureasa es una enzima que cataliza la hidrólisis de urea a dióxido de
carbono y amoníaco. La reacción ocurre de la siguiente manera:
(NH2)2CO + H2O → CO2 + 2NH3
En 1926, James Batcheller Sumner demostró que la ureasa es una proteína.
Es producida por bacteria, hongos y varias plantas superiores.
CARACTERÍSTICAS
Peso molecular: 480 kDa o 545 kDa para la ureasa de frijol.
Metal en el sitio activo: Niquel(II).
pH óptimo : 7.4
Temperatura óptima: 60ºC
Especificidad enzimática: urea e hidroxiurea.
Inhibidor enzimático: metales pesados.
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SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS
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MMAARRCCOO PPRRÁÁCCTTIICCOO
QUITINA
ESTRUCTURA MOLECULAR
Observaciones
La quitina es uno de los componentes principales de las paredes celulares de
los hongos, del resistente exoesqueleto de los artrópodos (arácnidos, crustáceos,
insectos) y algunos otros animales (quetas de anélidos, perisarco de cnidarios).
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1. Gráfica α – Hélice.
Observaciones
Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura
helicoidal dextrógira, con unos 3.6 aminoácidos por vuelta. Cada
aminoácido supone un giro de unos 100° en la hélice, y los carbonos α de
dos aminoácidos contiguos están separados por 1.5Å. La hélice está
estrechamente empaquetada, de forma que no hay casi espacio libre
dentro de la hélice. Todas las cadenas laterales de los aminoácidos están
dispuestas hacia el exterior de la hélice.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
2. Gráfica Hélice 3 – 10.
Observaciones
Hélice 310 es similar a la hélice α pero con 3 aminoácidos por vuelta
(más extendida).
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3. Gráfica Lámina β.
Observaciones
La beta lámina se forma por el posicionamiento paralelo de dos
cadenas de aminoácidos dentro de la misma proteína, en el que los
grupos amino de una de las cadenas forman enlaces de hidrógeno con los
grupos carbonilo de la opuesta. Es una estructura muy estable que puede
llegar a resultar de una ruptura de los enlaces de hidrógeno durante la
formación de la hélice alfa. Las cadenas laterales de esta estructura están
posicionadas sobre y bajo el plano de las láminas. Dichos sustituyentes no
deben ser muy grandes, ni crear un impedimento estérico, ya que se vería
afectada la estructura de la lámina.
La quitina es un polisacárido compuesto de unidades de N-
acetilglucosamina (exactamente, N-acetil-D-glucos-2-amina). Éstas están
unidas entre sí con enlaces β-1,4, de la misma forma que las unidades de
glucosa componen la celulosa.
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4. Gráfica de las Partes Hidrofóbicas.
Observaciones
Por definición, cualquier sustancia hidrofóbica en contacto con el agua
provoca que ésta huya y se agrupe en estructuras denominadas clatratos.
Esta ordenación corresponde a una disminución de la entropía del
sistema. En el caso de las proteínas, los residuos hidrofóbicos de los
aminoácidos quedan orientados, en su plegamiento, hacia el interior de la
molécula, en contacto con sus semejantes y alejados del agua. En
consecuencia, la internalización de los grupos hidrófobos aumenta la
aleatoriedad del sistema 'proteína más agua' y, por consiguiente, produce
un aumento de entropía al doblarse. Este aumento de entropía produce
una contribución negativa a la energía libre del plegado y aumenta la
estabilidad de la estructura proteica.
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5. Gráfica de las Partes Hidrofílicas.
Observaciones
Por definición, cualquier sustancia hidrofíliica en contacto con el agua
forma Puentes de Hidrógeno con este ultima. Esta ordenación
corresponde a un aumento de la entropía del sistema.
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AMILASA
ESTRUCTURA MOLECULAR
Observaciones
La amilasa, denominada también ptialina o tialina, es un enzima hidrolasa
que tiene la función de digerir el glucógeno y el almidón para formar azúcares
simples, se produce principalmente en las glándulas salivares (sobre todo en las
glándulas parótidas) y en el páncreas.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
1. Gráfica α – Hélice.
Observaciones
Las α-amylasas son enzimas dependientes de cloruro, completamente
afuncionales en ausencia de iones de cloruro. Actúan a lo largo de
cualquier punto de la cadena de los carbohidratos, descomponiéndolos en
maltotriosa y maltosa desde la amilosa o maltosa, glucosa y dextrina
desde la amilopectina. Dado que puede actuar en cualquier punto de la
cadena es más rápida que la β-amylasa. En los animales es una enzima
digestiva mayor y su pH óptimo está entre 6.7 y 7.0.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
2. Gráfica Hélice 3 – 10.
Observaciones
Según lo teóricamente estipulado la Hélice 310 es similar a la hélice α
pero con 3 aminoácidos por vuelta (más extendida), lo que se demuestra
en la grafica por la conformación de la proteína y su arreglo en relación a
los Aminoácidos.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
3. Gráfica Lámina β.
Observaciones
Otra forma de amilasa, la β-amilasa es también sintetizada por
bacterias, hongos y plantas. Actúa desde el extremo no reductor de la
cadena, catalizando la hidrólisis del segundo enlace α-1,4, rompiendo dos
unidades de glucosa (maltosa) a la vez. Durante el proceso de maduración
de la fruta la β-amilasa rompe el almidón en azúcar dando lugar al sabor
dulce de la fruta.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
4. Gráfica de las Partes Hidrofóbicas.
Observaciones
Por definición, cualquier sustancia hidrofóbica en contacto con el agua
provoca que ésta huya y se agrupe en estructuras denominadas clatratos.
Esta ordenación corresponde a una disminución de la entropía del
sistema. En el caso de las proteínas, los residuos hidrofóbicos de los
aminoácidos quedan orientados, en su plegamiento, hacia el interior de la
molécula, en contacto con sus semejantes y alejados del agua. En
consecuencia, la internalización de los grupos hidrófobos aumenta la
aleatoriedad del sistema 'proteína más agua' y, por consiguiente, produce
un aumento de entropía al doblarse. Este aumento de entropía produce
una contribución negativa a la energía libre del plegado y aumenta la
estabilidad de la estructura proteica.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
5. Gráfica de las Partes Hidrofílicas.
Observaciones
Por definición, cualquier sustancia hidrofíliica en contacto con el agua
forma Puentes de Hidrógeno con este ultima. Esta ordenación
corresponde a un aumento de la entropía del sistema.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
INVERTASA
ESTRUCTURA MOLECULAR
Observaciones
La Invertasa es también conocida como sacarosa; la cual desdobla la sacarosa
en Fructosa y Galactosa, como todas las enzimas, también es susceptible de
efectuar la reacción en sentido inverso:
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
1. Gráfica α – Hélice.
Observaciones
Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura
helicoidal dextrógira, con unos 3.6 aminoácidos por vuelta. Cada
aminoácido supone un giro de unos 100° en la hélice, y los carbonos α de
dos aminoácidos contiguos están separados por 1.5Å. La hélice está
estrechamente empaquetada, de forma que no hay casi espacio libre
dentro de la hélice. Todas las cadenas laterales de los aminoácidos están
dispuestas hacia el exterior de la hélice.
El grupo amino del aminoácido (n) puede establecer un enlace de
hidrógeno con el grupo carbonilo del aminoácido (n+4). De esta forma,
cada aminoácido (n) de la hélice forma dos puentes de hidrógeno con su
enlace peptídico y el enlace peptídico del aminoácido en (n+4) y en (n-4).
En total son 7 enlaces de hidrógeno por vuelta. Esto estabiliza
enormemente la hélice. Esta dentro de los niveles de organización de la
proteína.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
2. Gráfica Hélice 3 – 10.
Observaciones
Hélice 310 es similar a la hélice α pero con 3 aminoácidos por vuelta
(más extendida).
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
3. Gráfica Lámina β.
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4. Gráfica de las Partes Hidrofóbicas.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
5. Gráfica de las Partes Hidrofílicas.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
UREASA
ESTRUCTURA MOLECULAR
Observaciones
La Ureasa es una enzima que cataliza la hidrólisis de urea a dióxido de
carbono y amoníaco.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
1. Gráfica α – Hélice.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
2. Gráfica Hélice 3 – 10.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
3. Gráfica Lámina β.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
4. Gráfica de las Partes Hidrofóbicas.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
5. Gráfica de las Partes Hidrofílicas.
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS
1. Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de
aminoácidos.
2. Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las moléculas
constituyentes de los seres vivos (biomoléculas). Prácticamente todos los
procesos biológicos dependen de la presencia o la actividad de este tipo
de moléculas.
3. Es la manera como se organiza una proteína para adquirir cierta forma.
Presentan una disposición característica en condiciones fisiológicas, pero
si se cambian estas condiciones como temperatura, pH, etc. pierde la
conformación y su función, proceso denominado desnaturalización. La
función depende de la conformación y ésta viene determinada por la
secuencia de aminoácidos.
4. Por definición, cualquier sustancia hidrofóbica en contacto con el agua
provoca que ésta huya y se agrupe en estructuras denominadas clatratos.
Esta ordenación corresponde a una disminución de la entropía del
sistema.
5. La estructura primaria de las proteínas se refiere a la secuencia de
aminoácidos., es decir, la combinación lineal de los aminoácidos mediante
un tipo de enlace covalente, el enlace peptídico.
6. La estructura secundaria de las proteínas es el plegamiento que la cadena
polipeptídica adopta gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre
los átomos que forman el enlace peptídico, es decir, un tipo de enlace no
covalente.
7. Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura
helicoidal dextrógira, con unos 3.6 aminoácidos por vuelta. Cada
aminoácido supone un giro de unos 100° en la hélice, y los carbonos α de
dos aminoácidos contiguos están separados por 1.5Å.
8. La beta lámina se forma por el posicionamiento paralelo de dos cadenas
de aminoácidos dentro de la misma proteína, en el que los grupos amino
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Reporte No. 5 (Bioquímica Computacional)
de una de las cadenas forman enlaces de hidrógeno con los grupos
carbonilo de la opuesta. Es una estructura muy estable que puede llegar a
resultar de una ruptura de los enlaces de hidrógeno durante la formación
de la hélice alfa.
9. Es el modo en que la cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es
decir, cómo se enrolla una determinada proteína, ya sea globular o fibrosa.
Es la disposición de los dominios en el espacio.
10. La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas
peptídicos que, asociadas, conforman un ente, un multímero, que posee
propiedades distintas a la de sus monómeros componentes.
11. La quitina es un polisacárido compuesto de unidades de N-
acetilglucosamina (exactamente, N-acetil-D-glucos-2-amina). Éstas están
unidas entre sí con enlaces β-1,4, de la misma forma que las unidades de
glucosa componen la celulosa.
12. La amilasa, denominada también ptialina o tialina, es un enzima hidrolasa
que tiene la función de digerir el glucógeno y el almidón para formar
azúcares simples,
13. La Invertasa es también conocida como sacarosa; la cual desdobla la
sacarosa en Fructosa y Galactosa, como todas las enzimas, también es
susceptible de efectuar la reacción en sentido inverso
14. La Ureasa es una enzima que cataliza la hidrólisis de urea a dióxido de
carbono y amoníaco.
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BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFÍÍAA
REFERENCIA ONLINE
Proteínas
http://es.wikipedia.org/wiki/Estructura_de_las_prote%C3%ADnas
VMD (VISUAL MOLECULAR DYNAMICS)
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
Dinámica Molecular
http://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1mica_molecular