Aminoácidos y proteínas Patricio Muñoz Torres patricio.munozt@gmail.com

Aminoácidos Las proteínas tienen propiedades bien definidas otorgadas por su composición de aminoácidos (aa). En proteínas se encuentran 20 tipos diferentes de aa. Todos son a-aminoácidos (poseen un grupo amino primario y un grupo ácido carboxílico unido al mismo C), excepto prolina que es un a-iminoácido (posee un grupo amino secundario). Aminoácido Prolina

Propiedades generales de los aminoácidos Todos los aa poseen dos valores de pKa: pK1 y pK2 (grupo carboxílico y amino, respectivamente). Además, existe el valor de pKR, que corresponde al pKa de la cadena lateral. pK1 es ~2,2: está en forma de carboxilato a pH 7. Carga (-). pK2 es ~9,4: está en forma de amonio a pH 7. Carga (+). Un aa es una sustancia anfotérica (actúa como ácido o como base). Moléculas que poseen las dos cargas opuestas se denominan zwitteriones o iones dipolares. Punto isoeléctrico, pI

Propiedades generales de los aminoácidos

Clasificación

Clasificación

Clasificación

Enlace peptídico El enlace CO-NH se llama enlace peptídico. Formación de un enlace entre el grupo carboxílico de un aa y el grupo amino de otro, con la liberación de una molécula de agua. 2 aa: dipéptido; 3 aa: tripéptido, 4-10 aa: oligopéptido; cadenas largas de aa: polipéptido. Una proteína está formada por una o más cadenas polipeptídicas (polímeros lineales).

La secuencia de aa se denomina estructura primaria de una proteína. Enlace peptídico El enlace peptídico no tiene libertad de rotación N-terminal C-terminal La secuencia de aa se denomina estructura primaria de una proteína.

Interacciones en proteínas Fuerzas electrostáticas: entre grupos cargados de una proteína. Son fuertes, pero no estabilizan mucho las proteínas. Interacciones dipolo-dipolo: entre grupos con cargas parciales. Son débiles, pero estabilizan las proteínas. Influyen en el plegamiento de una proteína. Puentes de H: entre un donador de H y un aceptor de H. Proporcionan la base para el plegamiento. Fuerzas hidrofóbicas: entre grupos apolares para minimizar su exposición al agua. Son inespecíficas y débiles por si solas, pero son una determinante muy importante en la estructura de las proteínas y estabilizan el centro de estas. Enlaces disulfuro: ocurren por oxidación de los grupos –SH de Cys, formando un enlace S-S.

Interacciones en proteínas Interacciones hidrofóbica Fuerza electrostática Enlace disulfuro

Niveles de organización de una proteína

Estructura primaria Insulina: primera proteína que se determinó su secuencia de aminoácidos completa.

Estructura secundaria Distribución espacial de los aa. Formas principales: hélices, hojas plegadas y giros (bucles). El enlace peptídico tiene un 40% de carácter de doble enlace. Da rigidez al enlace. Los grupos R de los aminoácidos adoptan una conformación trans.

Estructura secundaria La conformación del esqueleto polipeptídico puede describirse por sus ángulos phi y psi, en torno al Ca. Estos ángulos determinan la formación de las estructuras secundarias. Los enlaces simples son de rotación libre y permiten que la cadena polipeptídica adopte una conformación alternada (más estable porque tiene menos repulsiones electrostáticas). psi phi

Estructura secundaria Estructura helicoidales: ocurre cuando el polipéptido experimenta un giro en su Ca. a-hélice forma enlaces de hidrógeno en la misma cadena. Es particularmente rígida. Gira hacia la derecha y posee 3,6 aa por vuelta. Enlace de H de una a-hélice se forma entre el C=O (en posición n) con el N-H (en posición n+4). Los grupos R de los aa se proyectan hacia fuera de la hélice evitando interferencia espacial.

Estructura secundaria Estructura helicoidales

Estructura secundaria Estructuras b: hoja plegada b o sábana b o lámina b. Los enlaces de H se establecen entre cadenas polipeptídicas vecinas. 2 tipos: sábana b paralelas (misma dirección) y sábana b antiparalelas (dirección opuesta).

Estructura secundaria Estructuras b

Estructura secundaria Estructuras b Estructuras comunes en proteínas. Formadas por hasta 15 aa con un promedio de 6 residuos. Proteínas globulares son mezclas de paralelas y antiparalelas. Forman el cuerpo central de proteínas. Las unión entre sabanas antiparalelas consecutivas es por una horquilla en el mismo plano. Para paralelas es mediante una horquilla por sobre o debajo del plano (sentido helicoidal a la derecha).

Estructura secundaria Bucle o conformaciones enrolladas Las estructuras de a-hélice y sábana-b corresponden a menos de la mitad de la proteína globular. Los segmentos restantes poseen estructuras no repetitivas llamadas bucles (no están enrrolladas al azar). Poseen una distribución difícil de definir.

Estructura secundaria Combinación de estructuras secundarias da origen a la estructura terciaria. Carboxipeptidasa Isomerasa de fosfato de triosa: Barril b

Lipasa bacteriana: posee varios dominios con una función específica. Estructura terciaria Disposición tridimensional de la proteína, es decir, plegamiento de las estructuras secundarias junto con la disposición espacial de sus cadenas laterales. Puede contener conjuntamente hélices-a y hojas-b. Los residuos polares con carga se ubican en la superficie de la proteína y los apolares en el interior. En tanto, los aa polares sin carga se encuentran habitualmente en la superficie, pero también en el interior. Polipéptidos grandes definen zonas llamadas dominios, cada uno con una función. Lipasa bacteriana: posee varios dominios con una función específica.

Estructura cuaternaria Algunas proteínas de gran tamaño están formadas por subunidades. Cada subunidad interactúa con otras de modo específico. Esta distribución espacial se conoce como estructura cuaternaria. 2 subunidades: dímero. 3 subunidades: trímero. 4 subunidades: tetrámero… y sucesivamente. Homoméricas: subunidades iguales. Heteroméricas: subunidades diferentes. La cola del flagelo de bacterias es homomérico. El celulosoma es un complejo de proteínas heteromérico.

Clasificación de proteínas

Clasificación estructural Proteínas fibrosas Proteínas muy alargadas cuyas estructuras secundarias constituyen sus motivos estructurales predominantes. Funciones estructurales, de conexión, protección y soporte. También involucradas en actividades motoras.

Clasificación estructural Proteínas fibrosas Queratina: resistente mecánicamente y poco reactiva. Componente de la epidermis, pelo, cuernos, uñas y plumas. a y b queratina (mamíferos y aves, respectivamente). a queratina: constituida de macrofibrillas empaquetadas y orientadas paralelamente a la fibra. Las macrofibrillas (diam: 2000 A) se constituyen de microfibrillas (diam: 80 A), que a su vez está formada por protofibrillas (diam: 20 A) dispuestas en motivo 9 + 2.

Clasificación estructural Proteínas fibrosas

Clasificación estructural Proteínas fibrosas La queratina es rica en Cys (confiere insolubilidad y resistencia al estiramiento). Son duras (mucho S, se pliegan menos porque forma más enlaces disulfuro) o blandas (poco S).

Clasificación estructural Proteínas fibrosas Fibroína: hoja con plegamientos b antiparalelo. Componente de la seda de insectos (se almacena en una glándula) junto con sericina (cemento). Soportan levemente los estiramientos y son flexibles (alto movimiento).

Clasificación estructural Proteínas fibrosas

Clasificación estructural Proteínas fibrosas Colágeno: hélice triple que genera fibras insolubles con gran fuerza de tensión. Soporta la tensión del tejido conectivo (huesos, dientes, matrices fibrosas de la piel y vasos). Constituido por 3 cadenas paralelas que se envuelven entre si, con un giro a la derecha.

Clasificación estructural Proteínas fibrosas Elastina: estructura enrollada que posee propiedades elásticas. Presente en tejido conjuntivo elástico (pulmones y vasos). Posee enlaces entrecruzados entre las fibras.

Clasificación estructural Proteínas fibrosas

Clasificación estructural Proteínas globulares En su estado nativo, aparecen como moléculas esferoidales compactas y complejas. Ej. Enzimas, transportadores, hormonas. Solubles en agua. Los grupos apolares se distribuyen al centro de la proteínas y los polares en la superficie, interactuando con el agua.

Cofactor Componente no proteico, termoestable y de baja masa molecular. Necesario para el funcionamiento de enzimas. El cofactor se une a una apoenzima (enzima sin el cofactor) y forma un complejo llamado holoenzima. Entre los cofactores se encuentran iones metálicos (Fe+2, Cu+2, K+, Mg+2, Ca+2, entre otros) y coenzimas (por lo general, son vitaminas y grupos prostéticos)

Cofactor

Cofactor Cu+2 como cofactor metálico Grupo hemo como cofactor Tiamina (vitamina B1) como cofactor

Cofactor

Desnaturación proteínas Desplegamiento de la estructura de una proteína ya sea parcial o total. Se pierde la estructura de la proteína y, por lo tanto, su función. Ocurre por aumento de la temperatura, agentes químicos, cambios de pH, radiación, presencia de detergentes, etc. El proceso puede ser irreversible o reversible (renaturación).

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