14b. Estructura de proteínas, 2: Estructuras terciaria y cuaternaria. Desnaturalización de las proteínas Plegamiento de las proteínas

Estructura terciaria

Peso molecular Viscosidad intrínseca, [h] Ribonucleasa 13700 3.3 Lisozima 14400 3.0 Mioglobina 17000 3.1 Seroalbúmina 65000 3.7 Fibrinógeno 330000 27.0 Seroalbúmina (urea 6 M) 65000 53.0 Miosina 620000 230 Tropocolágeno 345000 1150.0

Fuerzas que mantienen la estructura terciaria: I. No covalentes - Efecto hidrofóbico - Enlaces de hidrógeno - Interacciones iónicas o salinas II. Covalentes - Enlace disulfuro - Enlace amida

Val Leu Ile Efecto hidrofóbico, 1

Efecto hidrofóbico, 2 Residuos hidrofóbicos Residuos polares

Enlaces de hidrógeno

Enlaces de hidrógeno en estructura terciaria Aceptores Donadores

Enlaces salinos o iónicos en estructura terciaria

Enlaces covalentes en estructura terciaria: disulfuro

Enlaces covalentes en estructura terciaria: amida

Difracción de rayos X

Mapas de densidad electrónica

Papaína Dominio N-terminal

Papaína Dominio C-terminal

Dominio de inmunoglobulina (VL)

L H H L Dominios estructurales en la Inmunoglobulina G

Algunos dominios de proteínas extracelulares

Representación gráfica de dominios en proteínas extracelulares

Clasificación estructural de proteínas (CATH) Niveles: Nivel C: Clase Nivel A: Arquitectura Nivel T: Topología Nivel H: Superfamilia Clase I. Principalmente a II. Principalmente b III. a y b IV. Sin estructura secundaria

Clase I: Principalmente a Arquitecturas: 1. No fasciculada 2. Fasciculada 3. Péptidos pequeños Clase II: Principalmente b Arquitecturas: 1. Cinta 2. Lámina 3. Rollo 4. Barril 5. Concha 6. Multicapa bb 7. Multicapa distorsionada 8. Trifolio 9. Prismas 10. Hélices (propellors) 11. Solenoides 12. Complejas

Clase IV: Sin estructura secundaria Arquitectura: 1. Irregular Clase III: a y b Arquitecturas: 1. Rollo 2. Barril 3. Multicapa ba 4. Multicapa aba 5. Multicapa bba 6. Multicapa abba 7. Caja 8. Herradura 9. Compleja

Mioglobina C: Principalmente a A: No fasciculada

Citocromo c’ C: Principalmente a A: Fasciculada

Porina C: Principalmente b A: Barril

Hemopexina C: Principalmente b A: Hélice (propellor)

Pectato liasa C: Principalmente b A: Solenoide

Triosafosfato isomerasa C: a y b A: Barril

Inhibidor de ribonucleasa C: a y b A: Herradura

Lectina de Pisum sativum C: Sin estructura II A: Irregular

- + - + Estructura cuaternaria a) Más de un N-término en la reacción de Sanger b) Disociación apreciable en electroforesis ante condiciones desnaturalizantes: - + Proteína nativa Proteína + SDS + mercaptoetanol - +

Fuerzas que mantienen la estructura cuaternaria: I. No covalentes - Contactos hidrofóbicos - Enlaces de hidrógeno - Interacciones iónicas o salinas II. Covalentes - Enlace disulfuro - Enlace amida

Hemoglobina (forma desoxi-, T) a2b2

Concanavalina A (homotetrámero)

Aspartato transcarbamilasa (C3)2(R 2)3

Glucógeno fosforilasa (homotetrámero)

Desnaturalización de las proteínas Consiste en la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria) quedando la proteína reducida a un polímero estadístico. Consecuencias inmediatas son: - Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación - Pérdida de todas sus funciones biológicas - Alteración de sus propiedades hidrodinámicas

Agentes desnaturalizantes I. Físicos 1. Calor 2. Radiaciones II. Químicos: todos los agentes que rompen interacciones o enlaces presentes en la estructura nativa de la proteína: 1. Detergentes 2. Urea y guanidina a altas concentraciones 3. Altas concentraciones de sal y extremos de pH 4. Reactivos de grupos -SH

Agentes desnaturalizantes Urea 2-mercaptoetanol Guanidina Ditiotreitol (DTT) Dodecilsulfato sódico (SDS, laurilsulfato)

El proceso de desnaturalización La desnaturalización es un proceso cooperativo

C N 26 40 58 65 72 84 95 110 SH Experimento de Anfinsen, 1 N C 65 72 26 84 58 110 95 40 Urea 8M Mercaptoetanol

26 40 58 65 72 84 95 110 SH Experimento de Anfinsen, 2 N C 65 72 26 84 58 110 95 40 Diálisis

Plegamiento o ensamblamiento de proteínas Una proteína recién sintetizada posee solamente su estructura primaria. Para que sea plenamente funcional ha de plegarse correctamente en una forma tridimensional única. 1. Autoensamblamiento La proteína se pliega sin ninguna otra ayuda 2. Ensamblamiento dirigido La proteína se pliega gracias a la acción de otras proteínas

Proteína desplegada (unfolded) 1 Glóbulo fundido (molten globule) Proteína plegada (folded) 2 Paso 1: Rápido (ms); nucleación de la proteína a través de las zonas hidrofóbicas de la estructura, lo cual permite la formación de estructuras secundarias, disulfuros y cis-prolinas. Hay enzimas que aceleran estos últimos pasos. Paso 2: Lento (s); Ya están presentes todos los elementos de estructura secundaria (hélices y láminas) y el interior hidrofóbico presenta una cierta movilidad, que queda “congelada” al alcanzar el estado plegado

Proteínas tutoras o “chaperoninas” (Hsp: heat-shock proteins) Hsp70 (DnaK): dependiente de ATP, proceso poco conocido Hsp60 (GroEL) y Hsp10 (GroES): proceso dependiente de ATP. La proteína desplegada o parcialmente plegada forma un complejo en la cavidad dejada por estas dos proteínas y adquiere la conformación correcta.

Estructura molecular de GroEL

Modificaciones covalentes de la estructura proteica 1. Fosforilación 2. Acilación (miristilación) 3. Prenilación 4. Glicosilación (N- y O-) 5. Unión covalente a ubicuitina 6. Amidación C-terminal 7. Carboxilación dependiente de vitamina K 8. Escisión (Splicing) proteica

Fosforilación Fosforilación de Ser, Thr y Tyr Tiene significado funcional, está producida por protein kinasas

Acilación (miristilación) Unión a una glicina N-terminal, en enlace amida con el grupo -NH2 de ácido mirístico (C14) Al parecer, sirve para el autoensamblamiento de estructuras supramoleculares (estructura cuaternaria, partículas víricas, etc.)

Prenilación Tiene lugar en proteínas relacionadas con sistemas de transducción de señales: ras, Ga, Gg, Rodopsina kinasa, cAMP fosfodiesterasa, etc.

N-Glicosilación

Unión covalente a ubicuitina

Ubicuitina: Marca a las proteínas para su degradación.

Amidación C-terminal TRH (Hormona liberadora de tirotropina)

g-Carboxilación de glutamato (dependiente de vitamina K) Tiene lugar, entre otros, en algunos factores de la coagulación: protrombina, factores VII, IX y X, proteínas C, S y Z.

Escisión (splicing) proteica 1 Exteína Inteína Exteína 2 Exteína Inteína Exteína COOH H2N Transpeptidación 3 Exteína Exteína Inteína COOH H2N