PROTEÍNAS Bioquímica, CHEM 4220 Universidad Interamericana de PR Recinto de Bayamón Prof. Alberto L. Vivoni Alonso Prof. J. Roberto Ramirez Vivoni Versión marzo 2015

¿Qué son las proteínas? Cadena de aminoácidos Estructura tridimensionales Llevan a cabo diversas funciones Su función depende de la estructura tridimensional Se sintetizan por traducción

Síntesis de proteínas por traducción

Funciones de las proteínas Catálisis enzimática Transporte Soporte estructural Movimiento Reconocimiento Regulación

Clasificación de proteínas por estructura Fibrosas – tienen forma de fibras. Ejemplos: queratinas (pelo, uñas), miosinas (músculos), colágeno (piel, tendones) Globulares - tienen forma de glóbulos. Ej. Enzimas, hemoglobina, insulina, caseina en la leche

Otras clasificaciones Proteínas transmembrenales: atraviesan la membrane cellular Proteína nativa: la forma en que funciona biológicamente en la célula Proteínas conjugadas: Enlazadas covalentemente con grupos prostéticos (grupos diferentes de aminoácidos)

Proteínas conjugadas Apoproteína: Porción polipeptídica solamente de una proteína Haloproteína: Proteína activa con todos sus componentes (polipéptido, grupos prostéticos, cofactores) Glicoproteínas: enlazados a sacáridos Lipoproteínas: enlazadas a lípidos

Mioglobina: proteína conjugada

Proteínas globulares y fibrosas Mioglobina Colágeno

Niveles estructurales 1°: Secuencia de aminoácidos 2°: Doblamiento de estructura 1° 3°: Doblamiento de estructura 2° 4°: Unión de 2 o más estructuras 3°

Estuctura primaria Secuencia de aminoácidos Resultado de la traducción de información genética Define forma y función de la proteína

Estructura primaria

Estructura secundaria de proteínas Proteínas globulares: Hélices a Láminas plegadas b Conectores Proteínas fibrosas Arrollo de varias cadenas

Hélice α

Hélice α vista desde arriba

Hélice α Espiral de derecha (como un tornillo) El oxígeno de los carbonilos forma puente de H con un H amido 4 aminoácidos alejado. Cada vuelta cubre 5.4 Å y posee 3.6 aminácidos. Grupos R quedan hacia afuera. Residuos Gly y Pro rompen la hélice.

Puentes de hidrógeno en hélices a

Cálculo en hélice alfa Determine la longitud (en Angstroms) de una pieza con contiene 8 aminoácido. (1 Angstrom = 10-10 metros)

Láminas plegadas b Configuración b: cadena extendida Dos o más regiones del polipéptido interaccionando Dos posibles orientaciones: paralela y anti-paralela

Lámina plegada β anti-paralela

Orientaciones anti-paralela y paralela

Láminas plegadas b paralelas y anti-paralelas

Estructura secundaria: helice a, lámina b paralelas y anti-paralelas, conectores

Estructura terciaria Doblamiento de estructura 2°

Fuerzas que mantienen estructura 3° Fuerzas London (van der Waals) entre grupos R no-polares e hidrofóbicos Puentes de H entre grupos R con O, N o S Puentes salinos entre aminoácidos de carga opuesta Puentes disulfuros entre cisteínas

Fortaleza de fuerzas intramoleculares en Kcal/mol Puente salino (enlace iónico) ~150 Puente de Hidrógeno 10-16 Fuerzas London < 1 Puente disulfuro (S-S) 60 Otros enlaces covalentes: C-N 65 C-C 80 C=C 145 C-H 98

Interacciones hidrofóbicas (London)

Puentes de hidrógeno

Puentes salinos

Puentes disulfuros (cistinas)

Fuerzas intramoleculares Hydrophobic interaction

Estructura cuaternaria Unión de dos o más estructuras 3° Fuerzas que las unen son las mismas de estructura 3° Residuos polares tienden a estar en la superficie; los no-polares en el interior. Hemoglobina

Preguntas De los siguientes residuos, cuáles se espera que se encuentren en la superficie de la proteína y cuáles en el interior: metionina, histidina, arginina, fenilalanina, valina, glutamina, ácido glutámico. Qué función se espera que ejerza fenilalanina en la superficie de una proteína? Qué función se espera que ácido aspártico ejerza en el interior de una proteína?

Ejemplo de proteína fibrosa: Colágeno Se encuentra en la piel y tendones Triple hélice de derecha Cadenas individuales son hélices de izquierda Una vuelta son 3.3 aminoácidos y 9.6 angstrom Se componen de Pro-Gly-X* * X: cualquier otro aminoácido

Proteínas globulares vs fibrosas Estructura compacta Soluble en agua Estructura 2° compleja Unión con otras proteínas por fuerzas no-covalentes Actuan en toda función del metabolismo: enzimas, transporte, hormonas, etc. Se desnaturalizan fácilmente Estructura extendida Insoluble en agua Estructura 2° simple (helices y laminas) Unión con otras proteínas por puentes covalentes Estructurales: tendones, ligamentos, pelo, piel, huesos, músculo No se desnaturalizan con facilidad

Desnaturalización de proteínas Estructuras 2° y 3° se desorganizan Se pierde la forma nativa y función Factores Temperatura pH Solventes orgánicos y detergentes Metales pesados

Desnaturalización

Efecto de temperatura

Efecto de pH (pH óptimo para función biológica)

Desnaturalización por ácido o base

Desnaturalización por alcohol

Desnaturalización por agentes reductores

Desnaturalización por metales Sales metálicas interrumpen puentes salinos Cationes de sales metálicas: Hg+2, Pb+2, Ag+1 , Cd+2

Determinación de la estructura de las proteínas (Protein Data Bank, PDB) Rayos X Resonancia magnética nuclear (NMR) Espectrometría de masa (MS)

Purificación y caracterización Propiedades físicas: Solubilidad Carga Punto isoleléctrico Polaridad Tamaño Afinidad

Métodos experimentales Cromatografía Afinidad Intercambio iónico Electroforesis Dialisis Filtración Centrifugación

Pregunta Las proteínas ovalbumin, ureasa y mioglobina tienen un pI de 4.6, 5.0 y 7.0 respectivamente. Una mezcla de ellas se vierte en una columna de celulosa con cargas positivas. Luego de que la columna se eluye con un amotiguador de pH 6.5 a diferentes concentraciones de sal, en qué orden saldrán estas proteínas de la columna?

Otra pregunta En qué orden salen las las siguientes proteínas de una columna de flitración de gel: Proteína Masa molar (kD) mioglobina 16 catalasa 500 citocroma c 12 quimotripsógeno 26 hemoglobina 66

Electroforesis cathode anode

Pregunta En qué dirección se moverán las siguientes proteínas en un campo eléctrico a pH 5 y 7? Proteína pI albúmina 4.6 lactoglobulina 5.2

Otra pregunta Hemoglobina tiene un pI = 6.9. Una variante tiene un residuo de glutamato en vez de valina en la posición 67. Qué efecto tiene esta sustitución en la electroforesis de esta proteína a pH 7.5?

El caso de hemoglobina Tetrámero compuesto de 2 cadenas a, 2 cadenas b y grupos hemo.

Grupo hemo

Mioglobina

Características Afinidad para oxígeno Efecto de pH Alosterismo Cooperatividad