Estructura y Funcion de las Proteinas Biologia Integrada I Estructura y Funcion de las Proteinas Oscar N. Ruiz, Ph.D. Copyright 2008 © W. H. Freeman and Company

Conformación: Estructura tridimensional Tipos de proteínas: Estructurales De andamiaje Enzimas De transporte (movimiento) Reguladoras Receptores (Señales) Motores Maquinas moleculares(estructuras supramoleculares) Actividades de las proteínas: “Binding”-Pegarse Catálisis “Folding” -Doblez

Proteoma es mucho mas complejo que los ~25,000 genes en un humano y que el transcriptoma

Conformación = Estructura tridimensional = Función Dada por las interacciones no-covalentes entre los a.a. del polipéptido

Enlaces covalentes de la estructura primaria: Enlace péptido (Enlace amida) Enlaces disulfuro Por consenso el N-teminal es el principio (Izquierda) de la proteína y el C-terminal es el final (Derecha). Oligopéptido (péptido) vs polipéptido Proteínas: solo si tiene una conformación definida compleja MW of a.a. = 113 Da (unidad de masa en las proteínas)

Estructuras secundarias: Hélices α Hoja “Sheet” β β “Turn”

Hélices α: Estructura en espiral dada por enlaces de hidrogeno Una vuelta = 3.6 a.a. Hélices hidrofilicas en el exterior Hélices hidrofóbicas enterradas en el centro de la proteína. Prolina no se encuentra usualmente en las hélices

Hoja “Sheet” β Esta extendida en hebras β Enlaces de hidrogeno entre hebras β adyacentes, no en la misma hebra. Son paralelas o anti-paralelas Hoja plegada β: casi bi-dimensional Pueden formar: Centro hidrofobico o “binding pocket” Canal hidrofilico

Β Turn Compuesta por 4 a.a. Invierte la direccion del polipeptido del exterior hacia el interior de la proteina Gly, Pro.

Estabilizada por interacciones hidrofobicas, enlaces de hidrogeno y enlaces péptidos y disulfuro Categorías de las proteínas basada en estructura terciaria: Fibrosa (Estructura alargada y repetitiva) Globular (solubles en agua; myoglobin) Integrales de la membrana (hidrofobica)

Representa los átomos de C como líneas solidas y de muestra como el péptido esta empacado. Interacción entre los átomos de las cadenas laterales Como se organizan las estructuras secundarias y terciarias Demuestra las superficies accesibles al agua, incluyendo lugares activos.

Motif or Fold: combinación de estructura secundaria y terciaria Función común Esta en múltiples proteínas Motif de Resorte Enrollado: Múltiples hélices alfa de múltiples polipéptidos interaccionan. Las hélices contienes regiones de a.a. alifáticos que interaccionan para estabilizar las hélices. Leu en cuarta posición

EF motif: dos helices cortas unidas por un doblez que atrapan calcio. Muy parecido a los motif que interaccionan con el DNA

Motif Dedo de Zinc: Tres estructuras secundarias (hélice y hebra β) Se unen por un ion de zinc

Dominio: Región con funcionalidad que forma estructuras terciarias estables. Dominios: Funcional: tiene la actividad de la proteína Estructural: arreglo estable que es independiente del resto de la proteína

Epidermal growth factors: se produce mediante corte proteolítico de los dominios repetitivos de EGF .

Maquinas macromoleculares Multimericas Homotetramer (homomeric) Heterotetramer (Heteromeric) Tienen organización cuaternaria

Homólogos: proteínas con ancestro común Familia: >50 % de homología Superfamilia: Dos o mas familias con 30 -40 % homología Proteínas con al menos 30% homología tienen conformaciones similares.

El enlace péptido es muy rígido Provee una estructura plana a la secuencia Mas movilidad en enlaces con el carbono alfa La estructura primaria dicta las otras estructuras debido a las posibles interacciones entre los a.a.

Primero motif, después dominios y por ultimo estructura terciaria.

Chaperones: facilitan el doblaje (Son muy conservados) Chaperón molecular: evita que se agreguen las proteínas (Hsp70) Chaperones: tienen una cámara para el doblaje correcto de proteínas

Chaperones: tienen una cámara para el doblaje correcto de proteínas (GroEL)

Alzheimer’s: proteína precursora amiloide (Membrana celular) Placas filamentosas (externas) Filamentos amiloides (interno) B amiloide Parkinson’s: Tau Mad Cow (Transmissible spongiform encephalopathy) : PrP Todas forman hojas Beta muy estables

CDR: Complementary-determining region Especificidad: habilidad de una molécula de unirse a otra preferencialmente. Afinidad: Que tan fuerte la unión; es dada por Kd (1/Eq)

Epítope

Las enzimas aumenta la velocidad de la reacción al reducir la energía del estado de transición (energía de activación)

Lugar (sitio) Activo

Velocidad máxima (Vmax) es directamente proporcional a las unidades de enzima. Km: Michaelis constant = 0.5Vmax; es la concentración de substrato que provee la mitad de la velocidad máxima de reacción. Es constate para cada enzima Km pequeño = enzima eficiente

2 types of fitting: 1) lock and key = exact fit when an enzyme and it’s substrate perfectly matches up without adjusting anything   2) induced fit = when the enzymes and the substrate adapt to each other **What holds the two together? H-bonds Charge-charge interactions Hydrophobic effect Non polar interactions Non bonded interactions

Substrato y enzima forman enlaces de hidrogeno en una conformacion parecida a una hoja beta. Cadena lateral del a.a. que dicta el lugar de hidrolisis se extiende al interior del bolsillo de especificidad Triada catalítica .

Co-factor (grupo prostético): molécula pequeña o un ion. Co-enzimas (son orgánicas) Se modifican en la reacción (NAD, FAD) No son modificados en la reacción (Grupos Heme, vitaminas) Inhibidores de enzima Competitiva No competitiva

Regulación de la actividad de una proteína: Regular el steady-state Cambios en la actividad de la enzima Cambios en la localización o concentración de enzima o co-factores en la célula. Control de la síntesis: mRNA transcripción mRNA estabilidad Traducción Control de la estabilidad de la proteína (degradación) 30% son degradadas por misfolding El resto se degradan controladamente dependiendo de la necesidad. Lisosomas (Ph acido y liso…?) Proteosoma es una maquina macromolecular (50 proteínas juntas)

Ubiquitin is the kiss of death!!! 76-a.a. peptide Enlace peptido entre el terminal carboxilo de Ubiquitin y el terminal amino de Lys en la proteína marcada para degradación. E3 provee la especificidad por el substrato

Modificaciones no covalentes de regulación: Alosterica: cambia la conformación de la enzima positiva o negativamente Lugar alosterico Mayormente en enzimas multimericas Cooperación positiva (Ej. Hemoglobina) Mas oxigeno pegado reduce el Km aumentando la afinidad por oxigeno Cooperación negativa Feedback inhibition

Reversible inhibitors: i) competitive ii) non competitive Competitive Inhibitors:  substrate and the inhibitor compete for the active site  prevents a substrate molecule from binding to the site  Vmax is unchanged because increasing [S] will overpower the inhibitor  Km increased because a more [S] is needed.  Can overcome inhibitor w/ more substrate [S]   Non- Competitive Inhibitors:  substrate and inhibitors bind independently to different active sites. If the enzyme binds the inhibitor is inactive. Vmax decreased because some molecules are inactive = less enzymes present  increasing the substrate will not help, therefore Km is the same

Regulation of Enzyme Activity: It would be wasteful to continue to turn substrate into product if enough is available. Therefore, enzymes are often highly regulated by binding small molecules that can either decrease or increase activity. An example is amino acid metabolism. Several enzymes are required to convert simple substrates into complex amino acids.   In this example 4 enzyme catalyzed steps are required to convert A to E. When there is sufficient E available, E can feedback inhibit enzyme 1 that converts A to B. Such inhibition effectively shuts down the entire pathway.

Activación por ion de calcio

GTPasa: Hidroliza guanosina trifosfato. Ras: traducción de señales

Kinasas: fosforilan serina, treonina, tirosina Fosfatasas: remueven grupos fosfato.