Las proteínas.

Presentación del tema: "Las proteínas."— Transcripción de la presentación:

1 Las proteínas

2 ESTRUCTURA DE UN AMINOÁCIDO (aa)
Grupo carboxilo libre (-COOH), ácido, en el C1. Grupo amino libre (-HN2), básico, unido al C2 (el α, de ahí que sean α-aminoácidos) H unido al C2. Grupo o cadena lateral (R) unido al C2. 2 1 Propiedades: Baja masa molecular. Solubles en agua. Cristalizables. Incoloros. Elevado punto de fusión. Sólidos. Anfóteros (1*) Estereoisomería (2*) Aminoácidos: Monómeros constituyentes de péptidos y proteínas. Proteicos (20) y no proteicos (hasta unos 200)

3 (1*) CARÁCTER ANFÓTERO DE LOS AMINOÁCIDOS
Debido a la presencia del grupo COOH y del NH2, en disolución acuosa, se pueden comportar como ácidos, cediendo H⁺, o como bases captándolos: efecto tampón, regula el pH 2 1 3 1 Disolución neutra: El carboxilo pierde un protón y se carga negativamente: -COOH → COO¯ + H⁺ El amino gana un protón y se carga positivamente: -NH2 + H⁺ → NH3⁺ 3 2 Medio ácido, [H+] ↑, pH Se comporta como base y el COO¯ capta un H⁺ Aminoácido carga positiva . Medio básico, [H+] ↓, pH Se comporta como ácidos y el NH3⁺ cede un H⁺ Aminoácido carga negativa . ↓ ↑ Ión dipolar o Zwitterion (híbrido) pH < pI Carga neta + Punto isoeléctrico: pH para el que el aminoácido es un ión dipolar pH > pI Carga neta - pI = pH Carga neta 0

4 (2*) ESTEREOISÓMEROS L Y D (ENANTIOMEROS)
Al ser el Cα asimétrico α α Suponiendo el –COOH hacia arriba Todos presentan estereoisomería a excepción de la glicina (no C asimétrico) α α Configuración D Configuración L El NH2 hacia la izquierda. El NH2 hacia la derecha.

5 CLASIFICACIÓN DE LOS 20 AMINOÁCIDOS PROTEICOS
1 1 Apolares (blanco) Polares sin carga (verde) Ácidos (morado) Básicos (azul) 2 2 3 4 3 4

6 AMINOÁCIDOS APOLARES O HIDRÓFOBOS
1 2 3 4 5 6 8 7

7 AMINOÁCIDOS POLARES CARGA 0
1 2 3 4 7 Su abundancia en una proteína la hace soluble 5 6 (pueden formar enlaces de hidrógeno)

8 AMINOÁCIDOS POLARES CON CARGA
1 * 2 2 1 3 *

9 AMINOÁCIDOS ESENCIALES
El ser humano no los sintetiza pero son indispensables por lo que deben aparecer en la dieta (carne, pescado, huevos, queso….) 1 2 3 4 Además de la Arginina (Arg) y la Histidina (His) en niños. 6 9 5 10 7 8

10 AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS
1 2 3 4 5 -aminobutírico (GABA) β Neurotransmisor cerebral α

11 ENLACE PEPTÍDICO: FORMACIÓN
Debido a su carácter anfótero los aas se unen formando péptidos. La unión es entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el amino del siguiente. Los aas una vez unidos se denominan residuos (no están completos)

12 ENLACE PEPTÍDICO: CARACTERÍSTICAS
1 2.1 Enlace covalente, tipo amida más corto que otros enlaces C-N Como consecuencia del carácter parcial de doble enlace se trata de un enlace rígido que impide la rotación entre los átomos que lo forman, mientras que los enlaces del Cα sí giran: 2.2 2 Carácter parcial de doble enlace, al desplazarse un par de electrones del grupo carboxilo al enlace peptídico y viceversa. Pero al ser el N menos electronegativo que el O, el enlace C-O tienen un 60 % de doble enlace y el C-N solo un 40 % (Resonancia): 2.3 Por ello todos los átomos (*) unidos al C y al N que forman el enlace están en el mismo plano: 2.4 Y el O del carbonilo y el H del amino están en configuración trans ( lados opuestos del enlace peptídico)

13 PÉPTIDOS Compuestos formados por la unión de aas mediante enlaces peptídicos. Según el número de aas: Oligopéptidos: de 2 a 10 aas (con el prefijo di, tri, tetra, penta, etc) Polipéptidos: más de 10 aas. Las proteínas frecuentemente están constituidas por varias cadenas polipeptídicas.

14 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
Biomoléculas orgánicas formadas por cadenas polipeptídicas que adoptan una determinada configuración espacial de la que depende su función. Se diferencian 4 niveles estructurales: Estructura primaria Estructura secundaria Estructura terciaria Estructura cuaternaria α-hélice β-lámina plegada

15 ESTRUCTURA PRIMARIA Secuencia lineal de aas.
Indica los aas y el orden de estos. Viene determinada genéticamente y de ella dependen las demás. Extremo N-inicial Extremo C-terminal Características: Eje central formado por el Cα, el carbono carboxílico y el nitrógeno amino (-CαH-CO-NH-) Eje dispuesto en zig-zag, por la capacidad de giro de los enlaces del Cα. Con un extremo N-terminal del grupo amino libre y otro C-terminal del grupo carboxilo libre. Los aas se numeran desde el extremo N-t al C-t. Grupos R alternativamente a uno y otro lado del eje.

16 ESTRUCTURA SECUNDARIA
Disposición en el espacio de la cadena de aas debida a: Capacidad de giro de los enlaces con el Cα. Enlaces de H entre el O e H de los enlaces peptídicos. Se produce a medida que los aas se van uniendo durante la síntesis proteica. Dos formas: α-hélice. Lámina-β (lámina plegada)

17 ESTRUCTURA SECUNDARIA : α-HÉLICE
Hélice dextrógira. Cada vuelta de hélice comprende 3,6 aas. Se mantiene gracias a enlaces de hidrógeno intracatenarios, entre el O del carboxilo de un aa y el H del amino del 4º aa consecutivo. Todos los O de los grupos –CO quedan orientados en el mismo sentido. Los grupos R (cadenas laterales) quedan hacia el exterior. Presente tanto en proteínas globulares como fibrosas. Puentes de hidrógeno

18 ESTRUCTURA SECUNDARIA: LÁMINA-β (LÁMINA PLEGADA)
Conformación β Puentes de hidrógeno Varios fragmentos de la misma o diferentes cadenas polipeptídicas se disponen paralelos o antiparalelos en zigzag. Se mantiene gracias a enlaces de hidrógeno entre segmentos contiguos, concretamente entre el grupo NH y el CO de enlaces peptídicos distintos que quedan enfrentados. Se forma una lámina plegada. Los grupos R se disponen alternativamente a uno y otro lado de la lámina.

19 TRIPLE HÉLICE: HÉLICE DE COLÁGENO (SUPERHÉLICE)
En el colágeno se observa una estructura secundaria particular, helicoidal pero: Más alargada que la α-hélice por la abundancia de prolina e hidroxiprolina que dificultan los enlaces de H. Girando a la izquierda, levógira, en vez de a la derecha. Tres cadenas polipeptídicas enrolladas en superhélice levógira constituyen la fibra de colágeno. El colágeno se encuentra en el tejido conjuntivo de tendones, cartílagos… Hidroxiprolina Prolina Glicina Superhélice de colágeno

20 ESTRUCTURA TERCIARIA Mioglobina Triosa-fosfato-isomerasa Codos sin estructura α-hélice Codo Sectores en α-hélice Sectores en conformación β Sectores con estructura α-hélice En una proteína se diferencian fragmentos (dominios) de cadena en α-hélice otros en lámina plegada, unidos entre sí mediante giros o codos sin conformación definida. La estructura terciaria es la disposición de la secundaria en el espacio adquiriendo una conformación globular, tridimensional, más o menos esférica, pues es la más estable ya que permite formar el mayor número de enlaces de H. Enlaces que la mantienen (1*)

21 ESTRUCTURA TERCIARIA:INTERACCIONES QUE LA MANTIENEN
1 5 2 y de Van der Waals 3 4

22 ESTRUCTURA CUATERNARIA
En proteínas formadas por más de una cadena polipeptídica, denominadas subunidades o protómeros (cada uno con estructura terciaria). La mantienen los mismos enlaces que la terciaria. Tetrámero Dímero

23 PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS
Dependen de los grupos R de los aas que las forman. 1 Anfóteras, comportándose como ácidos o bases, con función tampón. 3 Son específicas de cada especie e incluso de cada individuo. Responsables de los problemas de rechazo. Las proteínas homólogas son aquellas que realizan la misma función en diferentes especies, sus diferencias están en los aas de su “región variable” de la que no depende directamente su función, siendo mayores cuanto más alejadas evolutivamente estén dichas especies. 2 Su solubilidad depende de su conformación y del pH. En general las fibrosas son insolubles y las globulares solubles, de modo que sus R al ionizarse forman enlaces de H con el agua, quedando recubiertas de una capa de esta y precipitando. Aunque por su elevada masa molecular forman dispersiones coloidales. 4 Desnaturalización, la proteína pierde su configuración nativa y por lo tanto sus propiedades y función. Debido a ↑ temperatura, cambio de pH, radiaciones….se rompen los enlaces que mantienen las estructuras secundarias, terciaria y cuaternaria, NO la primaria. Si los factores son poco intensos, durante poco tiempo y en proteínas de pequeño tamaño, se pueden “renaturalizar”. En caso contrario se habla de “desnaturalización irreversible”.

24 FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS
ESTRUCTURAL Nivel celular Glucoproteínas, histonas, tubulina , actina. Nivel orgánico Colágeno, elastina, queratina. TRANSPORTE Permeasas, bombas, citocromos, hemoglobina, hemocinanina, mioglobina, lipoproteínas, seroalbúminas. RESERVA Ovoalbúmina, caseína, horceína. HOMEOSTÁTICA Albúmina, fibrinógeno. DEFENSIVA Y PROTECTORA Inmunoglobulinas, trombina, fibrinógeno, mucina. HORMONAL Insulina, glucagón, somatropina. CONTRÁCTIL Actina, miosina, dineína. CATALIZADORA Enzimas 1 2 3 4 5 6 7 8

25 CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
HOLOPROTEÍNAS GLOBULARES Albúminas Seroalbúmina,ovoalbúmina, lactoalbúmina Globulinas Seroglobulina, lactoglobulina, ovoglobulina Histonas y protaminas FIBROSAS Colágeno, queratina, elastina, miosina , actina HETEROPROTEÍNAS GLUCOPROTEÍNAS Fibrinógeno, inmunoglobulinas, gonadotropinas, mucoproteínas, ribonucleasa LIPOPROTEÍNAS VLDL, LDL, HDL FOSFOPROTEÍNAS Caseína, vitelina NUCLEOPROTEÍNAS CROMOPROTEÍNAS (pigmentos) (1*) Porfirínicas Hemoglobina, mioglobina, citocromos No porfirínicas Hemocianina 1.1 Conformación globular Solubles en agua Muchas funciones 1 1.2 Sólo aas Conformación filamentosa Insolubles en agua Función estructural 2.1 2.2 2 2.3 (proteínas conjugadas) Además de aas poseen una parte no proteica, el grupo prostético 2.4 2.5

26 (1*) CROMOPROTEÍNAS 1 2 Mioglobina Citocromo
Sus dobles enlaces conjugados les confieren color, de ahí el nombre de pigmentos. Dos tipos: 1 PORFIRÍNICAS, su grupo protético es una metalporfirina, formada por un anillo tetrapirrólico y un catión metálico en el centro. En la hemo y mioglobina es el Fe²⁺ (grupo hemo) y en los citocromos el Fe³⁺ (grupo hemino): Anillo tetrapirrólico 2 NO PORFIRÍNICAS, su grupo protético no es una metalporfirina pues aunque contiene cationes no contiene un anillo tetrapirrólico. Mioglobina Citocromo

27 Moléculas de naturaleza proteica con actividad catalítica, es decir son biocatalizadores que aceleran las reacciones en los seres vivos. Otros biocatalizadores son las ribozimas (ARN catalíticos) y los anticuerpos catalíticos. LOS ENZIMAS Enzimas Holoproteínas Holoenzimas Apoenzima Cofactor Ión metálico Molécula orgánica Coenzima Grupo prostético 1 Formadas solo por aas 2.1 Parte proteica a 2 b.1 Proteínas conjugadas 2.2 Unida temporalmente, ej. vitaminas b Parte no proteica b.2 Unido fuertemente, ej, grupo hemo Apoenzima y cofactor por separado son INACTIVOS

28 CLASIFICACIÓN DE LOS ENZIMAS
Se nombran: Añadiendo el sufijo –asa al sustrato sobre el que actúan o a la reacción que catalizan o a ambos. Nombres tradicionales, ej. pepsina Se diferencian 6 clases según la reacción que catalizan: Hidrolasas Liasas Transferasas Isomerasas Oxidorreductasas Sintetasas o ligasas.

29 CLASIFICACIÓN ENZIMAS (I)
1 2

30 CLASIFICACIÓN ENZIMAS (II)
3 4

31 CLASIFICACIÓN ENZIMAS (III)
5 6

32 CLASIFICACIÓN ENZIMAS

33 MECANISMO ACCIÓN ENZIMÁTICA
Para lanzar en poco tiempo muchos objetos por la ventana se puede aumentar el número de trabajadores o rebajar el dintel de la ventana. Gráfica de la energía de activación De igual forma, para acelerar una reacción química se pueden calentar los reactivos o añadir un catalizador, es decir, una sustancia que disminuya la energía de activación necesaria para llegar al estado de transición. S* SE S La energía de activación es la energía mínima necesaria para que se produzca la reacción, es decir para romper enlaces y formar otros. Los enzimas aceleran la velocidad de las reacciones disminuyendo la energía de activación. Se forma un producto intermedio S* o complejo activado. El Enzima (E) se une al sustrato (S) formando el complejo (ES) menos energético que el que se formaría sin enzimas. Al necesitar menos energía se formará más producto (P). P

34 COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO
La unión entre el enzima y el sustrato se realiza en el centro activo del enzima, hueco o repliegue formado por pocos aas, que pueden estar distantes en la secuencia primaria pero próximos al plegarse en la terciaria. Dos tipos de aas en el centro activo: De unión, entre el S y el E. Catalíticos, transforman al S, induciendo la rotura o formación de enlaces.

35 ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA
A dos niveles: DE ACCIÓN: Cada E solo cataliza una transformación en el S. Debida al cofactor. DE SUSTRATO: Cada E solo actúa sobre un o un grupo de S, con los siguientes niveles de especificidad: a.1. Absoluta, sobre un único S. a.2 De grupo, sobre un tipo de enlace. a.3 Estereoquímica, actúa sobre uno de los isómeros. Debida a la apoenzima. MODELOS para explica la especificidad enzimática Modelo de Khosland (ajuste inducido) Modelo del apretón de manos Modelo de Fischer (llave-cerradura) 1 2 1 Tras un primer contacto el E se adapta a la forma del S, como un guante a una mano. Hoy se piensa que, en algunos casos, tanto el S como el E modifican su forma para acoplarse. Supone un “encaje” total, anterior a la unión.

36 Efecto de la concentración de sustrato
CONDICIONES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA (I) La velocidad de la catálisis depende de: Concentración de sustrato pH Temperatura Inhibidores Si [E]= cte y ↑ [S], ↑ velocidad, hasta un valor determinado de concentración, a partir del cual, aunque aumente la concentración, no aumenta la velocidad (cantidad de producto producido por unidad de tiempo). Se debe a que a altas [S], no hay enzima libre (enzima nativo) pues todas las moléculas de E se encuentran combinadas con el S, se dice que el Enzima está saturado. El complejo ES se transforma en el P y el enzima libre se combina inmediatamente con otro S, la velocidad de la reacción es máxima. Según Michaelis y Menten ,KM, constante de Michaelis, representa la cantidad de sustrato a la que la velocidad de la reacción es la mitad de la velocidad máxima, relacionada con la afinidad enzimática, así: Si KM es pequeña, se necesita poca [S] para llegar a la mitad de la velocidad máxima, es decir ↑velocidad, el Enzima tiene gran afinidad por el sustrato. Si KM es grande, se necesita mucha [S] para llegar a la mitad de la velocidad máxima, es decir ↓velocidad, el Enzima tiene poca afinidad por el sustrato. 1 Efecto de la concentración de sustrato 𝑉= 𝑉 𝑚𝑎𝑥 𝑆 𝐾 𝑀 + 𝑆 Velocidad de reacción Concentración del sustrato [S] Vmax ½ Vmáx KM

37 CONDICIONES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA (II)
3 2 Efecto del pH Efecto de la temperatura Velocidad de reacción pH óptimo pH Cada enzima presenta un pH óptimo para el que su actividad es máxima. Pequeños cambios alteran las cargas de su centro activo y del S, variando su capacidad de unión. Pudiéndose llegar a desnaturalizar el enzima y dejar de ser activa. Según Van T’Hoff la velocidad de una reacción se duplica por cada 10°C de aumento de temperatura, hasta un máximo (unos 40 °C) a partir del cual la actividad enzimática disminuye hasta llegar a anularse por desnaturalización.

38 CONDICIONES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA (III)
4 Efecto de los inhibidores Inhibidores: Sustancias químicas que disminuyen o anulan la acción enzimática. 2.1. R. COMPETITIVO: tanto el S como el I pueden unirse al centro activo del E. Su efecto disminuye si↑[S]: I + S + E ↔ ES ↔ P + E ↕ EI 2.2. R. NO COMPETITIVO: el I se une al E por un sitio distinto del S, alterando su conformación que no se puede unirse así al centro activo del E. Su efecto no varía aunque ↑[S]: E + S + I → ESI IRREVERSIBLE, el efecto del inhibidor es permanente aunque ↓ [I] E + I → EI REVERSIBLE, el efecto es temporal, no se destruye la actividad catalítica del enzima: E + I ↔ EI S E

39 REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
En el metabolismo celular los enzimas actúan en cadenas, denominadas rutas metabólicas, en las que el producto de la primera reacción se convierte en el sustrato de la siguiente. En estas rutas existen enzimas llamados reguladores que establecen la velocidad ya que los demás le siguen y actúan solo cuando se han formado los sustratos, cuya transformación deben catalizar. Enzima regulador La regulación puede ejercerse: Sobre la síntesis del enzima, solo se produce cuando se necesita. Sobre su actividad, el enzima presenta dos conformaciones, una activa y otra inactiva denominada proenzima o zimógeno. En este caso a su vez puede ser por modificación covalente (1*) y mediante enzimas alostéricos (2*)

40 REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE
Proceso reversible de fosforilación-desfosforilación del enzima(en un residuo del aa serina) Estos enzimas presentan dos estados: el fosforilado y el desfosforilado. La forma activa corresponde a uno u otro dependiendo del enzima. La fosforilación (unión del fosfato está catalizada por el enzima quinasa. La desfosforilación (separación del grupo fosfato) está catalizada por la fosfatasa.

41 ENZIMAS ALOSTÉRICAS Son enzimas regulados por la unión no covalente de un MODULADOR O EFECTOR ALOSTÉRICO. La unión es en el SITIO ALOSTÉRICO, específico para cada modulador y distinto del centro activo del enzima. Estos enzimas presentan una forma activa y otra inactiva, pasando de una a otra mediante la unión o separación del modulador. Los moduladores pueden ser: NEGATIVOS (-) O INHIBIDORES, al unirse al sitio alostérico del enzima regulador provocan un cambio hacia la conformación inactiva. Cuando abandona el sitio el enzima recupera su conformación activa. Normalmente los productos finales de las rutas actúan como moduladores negativos y al aumentar su concentración se detiene la ruta, sería la RETROALIMENTACIÓN O FEED –BACK. POSITIVOS (+) O ACTIVADORES, producen la forma activa del enzima. Retroalimentación o feed-back

42 VITAMINAS Biomoléculas orgánicas de composición variada.
Actúan como micronutrientes pues son necesarias para el correcto funcionamiento del organismo en cantidades muy pequeñas. Son esenciales, no pueden ser sintetizadas por lo que deben ingerirse en la dieta. Actúan como coenzimas, por lo tanto función catalítica, no poseen función de reserva energética ni estructural. Se clasifican en: HIDROSOLUBLES (1*): 1. Polares. 2. Se disuelven en el agua. 3. Por lo que son excretadas, y deben obtenerse regularmente en la dieta. 4. En general los trastornos funcionales por avitaminosis (ausencia extrema de alguna vitamina) son más característicos de ellas. 5. Incluyen a las vitaminas del “complejo B” y a la C. LIPOSOLUBLES (2*): 1. Apolares. 2. No se disuelven en agua. 3. Por lo que es difícil su eliminación y pueden acumularse produciendo toxicidad. 4. En general, los trastornos funcionales por hipervitaminosis (acumulación de alguna 5. Incluyen la A, D, E y K.

43 VITAMINAS HIDROSOLUBLES (1*)
2 3 4 5 6 7 8 9

44 VITAMINAS LIPOSOLUBLES
1 2 3 4

45 SEPARACIÓN DE PROTEÍNAS
Se utilizan diferentes técnicas para separar sustancias puras de mezclas: Diálisis (1*) Cromatografía (2*) Electroforesis (3*) DIÁLISIS (1*) Separar las proteínas de las moléculas de baja masa molecular procedentes de tejidos: Se introduce la mezcla en un saco con poros ultramicroscópicos. El saco se mete en agua destilada, de modo que las moléculas pequeñas atravesarán los poros pero las proteínas quedarán en el interior. Después las proteínas se separarán por cromatografía o por electroforesis.

46 CROMATOGRAFÍA (2*) Basada en la diferente afinidad de los componentes de una mezcla por un disolvente o por la trama porosa de una matriz por la que se desplazan. Se diferencian dos fases, una móvil que contiene el solvente y que se usa para transportar la mezcla y otra estacionaria a través de la que fluye la móvil. En la cromatografía por gel en columna, se separan por diferencias de tamaño.La fase estacionaria son gránulos de gel hidratados con poros dentro de una columna. Las moléculas más grandes avanzan más deprisa, pues no se meten en los gránulos, recogiéndose antes.

47 ELECTROFORESIS (3*) Al aplicar un campo eléctrico a una mezcla de proteínas, estas migrarán en una dirección determinada, hacia el polo positivo o negativo, de pendiendo de su carga y su tamaño.