Las proteinas vistas desde la Fisica:

Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’ para realizar innumerables funciones dentro de las celulas: Catalizadores Elementos de estabilidad y fuerzas mecanicas Reconocimiento y anclaje de otras moleculas Auto-ensamblaje de estructuras moleculares Nano-maquinas...

Estructura primaria: Cadena de 10 2 a 10 3 eslabones combinando 20 de tipos de aminoacidos, unidos por un fuerte enlace covalente

Estructura primaria: Cadena de 10 2 a 10 3 eslabones combinando 20 de tipos de aminoacidos, unidos por un fuerte enlace covalente

Tan solo una minuscula fraccion ( ) de aminoacidos es una proteina “nativa”, codificada por un gen y fabricada en una celula. ¿Qué tienen de peculiar esas secuencias?

Tan solo una minuscula fraccion (~10 5 ) de las posibles sequencias ( > ) de aminoacidos es una proteina “nativa”, codificada por un gen y fabricada en una celula. ¿Qué tienen de peculiar esas secuencias? Se pliegan, como resultado de las interacciones laterales entre eslabones (acumulacion de enlaces debiles) formando estructuras bastante rigidas

Insulina

Proteina del veneno de una serpiente

Estructura secundaria: motivos basicos basados en los pleagmientos naturales de los enlaces peptidicos

Helices- 

Laminas- 

Estructura terciaria: Combinaciones de helices, laminas, con giros, inversiones,...

Proteina FtsZ

¿ Por que es importante como se pliega una proteina? El plegamiento de las cadenas y determinan las interacciones de las proteinas entre si y con otras macromoleculas, a traves de establecer su FORMA:

¿ Por que es importante como se pliega una proteina? El plegamiento de las cadenas y determinan las interacciones de las proteinas entre si y con otras macromoleculas, a traves de establecer su FORMA:

Debiles interaciones van der Waals o polares (hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kT si las formas son complementarias:

Debiles interaciones van der Waals o polares (hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kT si las formas son complementarias:

Debiles interaciones van der Waals o polares (hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kT si las formas son complementarias:

Debiles interaciones van der Waals o polares (hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kT si las formas son complementarias:

Debiles interaciones van der Waals o polares (hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kT si las formas son complementarias:

¿Se puede predecir la forma a partir de la secuencia? Eso permitiria traducir el genoma de una especie en un catalogo real de sus proteinas como estructuras macromoleculares Aprender a ‘leer funcionalmente’ los genomas The billion dolars question!

La estructura primaria de las proteinas, codificada en el ADN ha sido seleccionada para producir las estructuras secundaria y terciaria robustas y utiles al metabolismo Cadenas aleatorias de aminoacidos, sistetizadas artificialmente, no tienen en la mayor parte de los casos un plegamiento bien definido

¿Cuáles se pliegan? Diferencia entre una proteina (natural) y un polimero aleatorio de aminoacidos Paisaje y dinamica de plegamiento Plegamiento espontaneo vs. inducido Conformaciones rigidas vs. flexibles...

Las proteinas son ‘piezas’ auto-ensamblables Filamentos, valvulas, motores,... ¿Cómo se ensamblan? ¿Cómo actuan esas estructuras? Estructura cuaternaria:

Filamentos de proteinas Aparecen en todas las celulas eucariotas haciendo diversas funciones El ejemplo mas estudiado es la tubulina (  que forman los microtubulos: Cilindros con estructura periodica helicoidal, con una vuelta completa cada 13 monomeros.

Los microtubulos: Son una parte esencial del citoesqueleto Actuan como railes para las kinesinas Forman cilios y flagelos Forman los asteres en la mitosis

Estas tareas son tan vitales que la tubulina es una de las proteinas mas conservadas (con menos mutaciones) en las celulas eucariotas. ¿Cómo consigue una misma ‘pieza’ llevar a cabo tareas tan variadas?

La tubulina tiene actividad GTPasa: Hidroliza el GTP para formar GDP

 la formacion  el crecimiento  la disolucion de los microtubulos es un proceso mas versatil (complejo) que una cristalizacion

 La forma ‘activada’ de la tubulina esta asociada al GTP  Esa forma activada ‘cristaliza’ rapidamente, con las moleculas de GTP en el sitio de enlace entre las proteinas  Ese enlace cataliza la hidrólisis del GTP a GDP  El enlace se debilita con la molecula hidrolizada  Con ese enlace debil, los extremos del tubo son inestables, pero el interior se mantiene

Monomeros+GTP Crecimiento por incorporacion de monomeros+GTP al extremo Tubulo con GDP Hidrólisis GTP a GDP

Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis Tubulo con GDP

Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis Tubulo con GDP

Monomeros+GTP Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis Tubulo con GDP

Monomeros+GTP Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis Tubulo con GDP

Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis Tubulo con GDP

El frente de hidrólisis llega al extremo Tubulo con GDP

catastrofe de disolucion Tubulo con GDP Monomeros+GDP

catastrofe de disolucion Tubulo con GDP Monomeros+GDP

catastrofe de disolucion Tubulo con GDP Monomeros+GDP

Monomeros+GTP catastrofe de disolucion Monomeros+GDP

Las secuencias de: Crecimiento gradual + Disolucion catastrofica (subita) controladas por las concentraciones de GTP/GDP y por estabilizadores de los extremos, permite que la tubulina actue de formas diversas mediante las señales bioquimicas adecuadas.

Ecuacion maestra para la distribucion de tamaños de las caperuzas no hidrolizadas:

Crecimiento Difusion

Fragmentacion

Predicciones cuantitativas en funcion de unos pocos parametros (dependientes de las condiciones bioquimicas) Velocidad media de crecimiento de las zonas no hidrolizadas Dispersion tipica de ese crecimiento Probabilidad de hidrólisis interna (fragmentacion de la capucha)