Funciones de las macromoléculas Proteínas Ácidos nucleicos.. Carbohidratos..... Lípidos Enzimas Reconocimiento molecular Proteínas de sostén Información genética Acumular energía Separar compartimentos

Propiedades conformacionales de las proteínas La función de las proteínas depende de que estén en su conformación nativa. Por tanto debe haber una conformación nativa que es la más estable para cada proteína. La variedad de funciones implica que deben existir una enorme variedad de conformaciones diferentes para las diferentes proteínas. Para generar una función se activa la síntesis de una proteína con una secuencia dada. Por lo tanto, la secuencia debe determinar la conformación.

Purificar una proteína es obtener una muestra homogénea con la proteína en su conformación nativa, funcional.

Fuerzas que determinan la conformación de las proteínas ● Interacciones polares ● Enlaces de hidrógeno. ● Interacciones cargadas ● Interacciones hidrofóbicas ¿?

Dipolos permanentes en el enlace peptídico H N CC CC C O (-) (+) (-) (+)

Grupos que contienen dipolos permanentes, sin cargas netas, en las cadenas laterales ● --OH Ser, Thr, Tyr ● --SH Cys ● --(CO)NH 2 Asn, Gln ● --NH-- Trp

Enlaces de hidrógeno

Algo sobre estructura del agua

Grupos cargados en las cadenas laterales ● --COO - Asp, Glu ● --NH 3 + Lys ● --NC(NH 2 ) 2 + Arg El caso particular de la His ● Puede estar cargado o no a pHs cercano al biológico. Siempre es polar.

Dipolos inducidos

Interacciones hidrofóbicas ● Los grupos hidrofóbicos son apolares. ● A largas distancias presentan atracciones por inducción (1/r 6 ), y a cortas distancias presentan repulsión.(van der Waals). ● La mayor componente energética de un grupo apolar disuelto en agua proviene de la ruptura de la red de enlaces de hidrógeno del agua, necesaria para disolverse.

Tendencia al agrupamiento 16 28

Muchos aminoácidos son hidrofóbicos Muchos son hidrofílicos Muchas proteínas son solubles en medio acuoso ??

¿Cómo ocultar los aminoácidos hidrofóbicos del agua, cuando ellos tienen su propia cadena principal hidrofílica?

Diferentes hélices y como describirlas

La hélice  derecha

Carácter anfipático de muchas hélices

Diferentes hélices halladas en proteínas

Cadenas principales en capas . antiparalela paralela

Capa  antiparalela: a) Representación atómica mostrando su aspecto plegado. b) Espacio ocupado. a)b)

Carácter anfipático de muchas capas 

Cómo se unen las hebras 

Estructuras terciarias á/â

Estructuras  / 

Estructuras terciarias  / 

Estructuras  / 

Estructuras cuaternarias

Ejemplo: La fotosíntesis a diferentes niveles de descripción Nivel molecular: El centro de reacción de la fotosíntesis

Nivel macroscópico O2O2 Fijación de carbono del aire, en las plantas mediado por la luz solar. Recuperación de los niveles de O 2 y CO 2 en el aire.

Nivel celular

Nivel de relaciones intermoleculares

Nivel molecular

Nivel atómico

DESCRICIÓN ATÓMICA de los fenómenos biológicos

MODELO KNF MODELO MWC ALOSTERISMO

Estructura cristalográfica del confórmero R a 2.1Å de resolución Plegamiento del monómero de la Glucosamina 6- fosfato desaminasa de Escherichia coli

TOPOLOGÍA

La partícula activa en solución es un hexámero

Sitio Alostérico Sitio Activo

MECANISMO CATALÍTICO

Cristales de desaminasa confórmero T

Confórmero T. Estructura a 2.3 Å de resolución. La transición alostérica

(región externa en amarillo, región interna en azul, tapa del sitio activo en morado) El cambio conformacional resulta de la superposición de movimientos de estructuras rígidas.

Zona Interna Zona Externa Tapa Superposición de monómeros T y R. (T en colores claros: amarillo, celeste, rosado y verde claro) diferentes regiones rígidas marcadas con diferentes colores

Diagrama de la transformación alostérica Motores que la impulsan. Interruptores que desestabilizan conformaciones intermedias.

Cargas positivas estabilizan el confórmero T (menos afín por el sustrato). Al ligarse el activador estas cargas se aproximan generando el cambio conformacional

Cristal y padrón de difraccióndel confórmero R con el sitio activo vacío

GlcN6P desaminasa de E. coli. Tapas múltiples en forma R heterotrópica

Forma R solo el sitio alotérico ocupado, 2.2Å Monómero 1 Mono. 2 Forma R sólo el sitio alotérico ocupado, 1.73Å

Mapas de fo-fc a 2 sigma, calculados sin las fases del tercer confórmero. Observación de tener tapas diferentes en cristales similares con resoluciones diferentes. Construcción de confórmeros

La forma R con solo el sitio alostérico ocupado presenta tres conformaciones alternativas de la tapa del sitio activo.

MOVILIDAD ATÓMICA DEL CONFÓRMERO T Zona Interna Zona Externa Tapa

VIBRACIONES ATÓMICAS EN EL CONFÓRMERO T EL CAMBIO CONFORMACIONAL ALOSTÉRICO

Estructura refinada usando CNS 1.0 R= Rfree= FOM= B=2 azul B=>90 rojo Estructura refinada usando SHELXL R= Rfree= FOM= Estructura refinada usando REFMAC5 y TLS en 6 grupos (región interior, región external, tapa del sitio activo, 2 dos asas vecinas a la tapa y el C-terminal R= Rfree= FOM=

El confórmero R se observa siempre en presencia de ligantes del sitio activo o del sitio alostérico (o de ambos). El confórmero T se presenta como una estructura oscilante en cuyo extremo de la oscilación se aproxima al confórmero R.

ToRo Allosteric site Active site GlcNAc6P Without GlcNAc6P ? ? Ruta de la transformación alosterica de GlcN6P desaminasa de E. coli propuesta con base en datos cristalográficos Allosteric site Allosteric site R state allosteric sites occupied R state both sites occupied Without active site ligands

Allosteric site Allosteric site Active site Active site GlcNAc6P R state allosteric sites occupied R state both sites occupied GlcN6P or Fru6P + NH 4 Without active site ligands ToRo Allosteric site Active site GlcNAc6P Without GlcNAc6P ? ?

La Biología Estructural nos permite interpretar los fenómenos biológicos a nivel atómico

¿Cual es la importancia de la descripción a nivel atómico? Podemos usar lo que sabemos de los átomos para entender a los seres vivos.

La Física y la Química han estudiado, durante cientos de años, las interacciones entre los átomos.

Esas interacciones son las que permiten entender los fenómenos biológicos.

Diseñar nuevos medicamentos ● Conociendo la estructura de una enzima se puede encontrar moléculas que inhiban su acción biológica.