NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS

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1 NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS

2 Péptidos y Polipéptidos: Se forman por uniones peptídicas de a-L-Aminoácidos, siguiendo un orden diseñado por las enzimas que los unen, pero no tienen codificación genética ni se biosintetizan en los ribosomas. Las Proteínas en cambio, poseen en estado nativo, una forma tridimensional característica que es conocida como su conformación o estructura Una pérdida de esta conformación suele implicar una alteración en la acción biológica de la molécula proteica

3 Niveles estructurales de las proteínas
La secuencia de aminoácidos (estructura primaria) determina las asociaciones en niveles de organización superiores. Un ejemplo de estructura secundaria: la α hélice, se debe a las interacciones entre aminoácidos próximos en la secuencia primaria. La cadena con segmentos ordenados en diferentes estructuras secundarias se puede plegar por la interacción entre residuos más alejados en la secuencia de aminoácidos produciendo una disposición tridimensional característica. Varias cadenas asociadas formando una unidad funcional en las proteínas multiméricas.

4 Estructura primaria Se refiere a la composición cuantitativa de los amino ácidos integrantes de la cadena, así como su orden o secuencia y la disposición del enlace peptídico. Estructura secundaria Disposición espacial de la cadena proteica, debido a las uniones puente de hidrógeno y el resto de uniones iónicas e hidrofóbicas, con formación de a o b hélices y de estructuras planas o filamentosas, predominando la dimensión longitudinal. Describe el plegamiento local de la cadena.

5 Estructura terciaria Conformación tridimensional completa de la cadena polipeptídica, debida principalmente a la formación de uniones disulfuro. Disposición geométrica de los dominios. Estructura cuaternaria Interrelaciones entre proteínas (núcleo proteico o protómeros) que pueden plegarse sobre estructuras no proteicas planares y aromáticas (prostéticas) que pueden ocurrir entre varias cadenas poli peptídicas unidas por atracciones de tipo hidrofóbicas y que forman una proteína oligomérica.

6 Estructuras de las proteínas

7 ESTRUCTURA PRIMARIA Todas las proteínas están constituídas por una combinación de un conjunto básico de 20 aminoácidos, ordenados genéticamente originando diversas secuencias específicas El grupo α COOH de un AA se condensa con el grupo α NH2 del siguiente, con pérdida de una molécula de agua, formándose un dipéptido. La unión de tres aminoácidos forma un tripéptido y la de 4 hasta 15 forman los oligopèptidos.

8 La propiedad fundamental de un enlace peptídico es que todos los átomos que lo forman deben estar en un mismo plano, por lo que la cadena puede girar por sus C α pero nunca por el enlace peptídico Al ser planar es rígida Impone restricciones acerca del número de conformaciones que puede adoptar una cadena polipeptídica

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11 Estructura primaria Gracias a las técnicas de DNA recombinante, actualmente es fácil determinar la secuencia primaria a partir de la secuencia de su DNA. La forma habitual de identificar un Aa concreto en una proteína es nombrarlo con la posición en ella, (Ser 530). Para estudiar aquellos residuos más importantes en la proteína se utiliza la mutagénesis dirigida, se sustituye 1 Aa concreto por otro y luego se compara la proteína “salvaje” con la forma “mutante” en cuanto a su secuencia, estructura tridimensional y función.

12 ESTRUCTURA SECUNDARIA
Se refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas polipeptídicas a lo largo de una dirección Los enlaces que la mantienen son no covalentes Estructura muy estable Puede ser de 2 tipos: α hélice β plegada

13 α Hélice Es la disposición espacial más estable y energéticamente favorable de los elementos de las cadenas polipeptídicas. Es una estructura helicoidal con un enrollamiento dextrógiro. Cada giro incluye 3,6 residuos por vuelta. Se encuentra estabilizada por puentes H intracatenarios entre el -C=O de un enlace peptídico de un residuo n y el –NH del enlace peptídico n+4. así todos los grupos –NH y -C=O menos los terminales quedan unidos por este mismo enlace

14 Posibilidades de giro en una hélice: dextrógira a la derecha (D) y levógira a la izquierda (L).
La α hélice es una hélice dextrógira estabilizada por puentes de hidrógeno intracatenarios entre el grupo -C = O y el grupo ―NH de dos enlaces peptídicos.

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16 Proteínas cuya principal estructura secundaria es la α hélice.
La ferritina es una proteína globular compuesta principalmente por α hélice. La α hélice es muy común en los dominios transmembrana (receptor β-adrenérgico de pavo. (c) La queratina es una proteína fibrosa compuesta por una única α hélice. Se muestra el complejo formado por las queratinas humanas queratina 5 y queratina 14.

17 Lamina β Estructura con patrón periódico. Surge de la interacción de algunas regiones de la cadena polipeptídica, las hebras β, con una longitud que varía entre 5 a 10 residuos. Se disponen paralelas unas a otras de forma que se pueda establecer enlaces de puente H entre los grupos –CO y –NH del enlace peptídico de una hebra y los de la hebra contigua Hay 2 tipos de hoja β: paralelas y antiparalelas, que difieren en el patrón de puentes de hidrógeno. Tienen enlaces de hidrógeno intercatenarios. Las antiparalelas son más estables que las paralelas.

18 Estructura de la lámina β paralela
-En esta estructura secundaria se forman puentes de hidrógeno entre los átomos del enlace peptídico de segmentos de la cadena que se disponen de forma paralela (hebras β). La dirección de las hebras (amino- carboxilo) queda indicada por las flechas. -En la vista lateral se observa la estructura plegada y la disposición de las cadenas laterales de los residuos. -Posible unión de varios segmentos que pertenecen a la misma cadena polipeptídica.

19 Paralela

20 Estructura de la lámina β antiparalela
Las hebras se disponen con los extremos amino y carboxilo en direcciones opuestas, como indican las flechas. Vista lateral. En una misma cadena las hebras están conectadas por un giro de 180° (giro β).

21 Antiparalela

22 Las estructuras secundarias se agrupan formando motivos que dan lugar a estructuras globulares o dominios. Los motivos son combinaciones de varios elementos con estructura secundaria definida con una disposición geométrica característica. Algunos motivos tienen función biológica específica como la unión a DNA o a calcio. Otros simplemente forman parte de otras unidades estructurales y funcionales. Se pueden dar aisladas o pueden formar parte de otras mas complejas.

23 Dos motivos proteicos abundantes: el lazo β-α-β y el vértice α-α

24 El motivo más sencillo en el que se relacionan hebras β es el llamado horquilla β y esta compuesto por 2 hebras β antiparalelas conectadas por un giro β . En la calmodulina, proteína que une calcio, se encuentra un motivo que combina dos hélices α con un giro en el que dominan residuos de carácter ácido que interaccionan con el Ca2+ mediante interacciones electrostáticas (representado por una esfera)

25 En algunas proteínas se encuentran estructuras globulares bien definidas formadas por la combinación de varios motivos que se denominan DOMINIOS Dominios en una proteína transmembrana. En esta proteína se distinguen tres dominios: el dominio extracelular, el dominio transmembrana (con estructura de α hélice) y el dominio citosólico.

26 ESTRUCTURA TERCIARIA Las estructuras secundarias α, β, los motivos y los dominios, se pueden relacionar en una estructura tridimensional característica con la que cada proteína puede desempeñar su función específica. Es la disposición tridimensional global de todos sus constituyentes. El plegamiento, además de ser una ventaja energética, permiten que se aproximen las cadenas laterales de residuos distantes y que se puedan crear estructuras tridimensionales adecuadas para la interacción con otras moléculas. En algunos casos, este plegamiento es facilitado por proteínas llamadas chaperonas Mantenida mediante interacciones débiles: de tipo puente hidrógeno, puentes disulfuro, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas que actuando conjuntamente, proporcionan gran estabilidad a la proteína. El enlace más importante es el llamado puente disulfuro entre residuos de cisteína. Es un enlace covalente, pero su sola presencia no adjudica estructura terciaria.

27 Los puentes disulfuro en las queratinas, no constituyen estructura terciaria.

28 La interacción entre residuos más alejados en la secuencia de aminoácidos hace que la proteína se pliegue en una disposición espacial concreta que le permite realizar su función. En esta enzima los residuos alejados en la cadena se aproximan para formar el centro activo donde se produce la interacción con el sustrato (representado como una esfera)

29 Desnaturalización y renaturalización
Como la estructura tridimensional se mantiene mediante interacciones débiles, si se alteran las condiciones que mantienen esas fuerzas se produce DESNATURALIZACIÓN Desnaturalización y renaturalización Las variaciones en el medio (aumento de temperatura, variaciones en el pH, presencia de sales, etc.) alteran las interacciones no covalentes que mantienen la conformación nativa de la proteína produciendo su desnaturalización. El ión guanidinio y la urea se utilizan con frecuencia como agentes desnaturalizantes en numerosas técnicas de laboratorio.

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31 Cada proteína globular tiene una estructura terciaria característica, íntimamente relacionada con su función biológica específica.

32 Estructura terciaria

33 ESTRUCTURA CUATERNARIA
En algunas ocasiones se asocian varias cadenas proteicas para formar una proteína multimérica. En ella las cadenas individuales se denominan subunidades y pueden ser iguales o distintas. En ambos casos las cadenas tienen su estructura tridimensional característica. La disposición tridimensional de estas subunidades constituye la estructura cuaternaria de la proteína global. El protómero es la unidad que se repite y es la menor unidad plenamente funcional de una proteína oligomérica. La forma en que se asocian las diferentes cadenas definen la estructura cuaternaria de la proteína.

34 Dependiendo de la cantidad de subunidades pueden ser:
Dímeros Tetrámeros La asociación o unión de las moléculas que forman una estructura cuaternaria, se consigue y mantiene mediante enlaces no covalentes: puentes de hidrógeno, puentes salinos y fuerzas de Van der Waals. También se considera estructura cuaternaria la unión de una o varias proteínas a otras moléculas no proteicas para formar complejos edificios macromoléculares o supramoleculares. Esto es frecuente en proteínas con masas moleculares superiores a

35 HEMOGLOBINA: proteína multimérica
Estructura cuaternaria en la molécula de hemoglobina. La hemoglobina es un tetrámero formado por cuatro cadenas (dos cadenas α y dos β). El protómero está formado por una subunidad α y una β

36 HEMOGLOBINA La estructura de esta proteína sirve como ejemplo: Es una proteína globular compuesta por diferentes subunidades Presencia de un grupo prostético, el grupo hemo, de naturaleza no proteica. Modificaciones estructurales ante la unión de un ligando (oxígeno) Actuación de la His como tampón a pH fisiológico.

37 Hemoglobina: una proteína globular que une ligandos específicos. Hemoproteína Se encuentra exclusivamente en las células rojas de la sangre (glóbulos rojos, eritrocitos o hematíes) Constituye el 90% peso seco del eritrocito. Tiene la capacidad de transportar gran cantidad de oxígeno desde los pulmones hasta los capilares en los tejidos. Puede transportar CO2 desde los tejidos hasta los pulmones para ser eliminado. Gran solubilidad

38 Es una proteína globular compuesta por 4 subunidades, 2 cadenas α y 2 cadenas β, de estructura tridimensional semejante. Cada subunidad tiene un grupo prostético hemo, con capacidad para captar oxígeno y otros ligandos. El grupo hemo presenta estructura compuesta por 4 anillos con un átomo de hierro central unido por 6 enlaces. Estructura tridimensional de una cadena de hemoglobina. Se destaca la posición del grupo hemo y los residuos que participan activamente en su función como la histidina proximal y la histidina distal.

39 Unión de un átomo de hierro en la molécula de oxihemoglobina.
La unión se establece por la formación de una entidad de coordinación en la que participan átomos del grupo prostético y de las cadenas laterales de dos residuos de His de la proteína

40 ESTRUCTURA PRIMARIA DE LA HEMOGLOBINA
Cadena α Posee 141 aminoácidos Extremo amino terminal Extremo carboxilo terminal Cadena β Posee 146 aminoácidos Extremo amino terminal Extremo carboxilo terminal

41 ESTRUCTURA SECUNDARIA DE LA HEMOGLOBINA
75% de las cadenas α y β forman α hélices con 3,6 aminoácidos por vuelta

42 ESTRUCTURA TERCIARIA DE LA HEMOGLOBINA
El grupo prostético de la hemoglobina es el hemo formado por la Protoporfirina IX y un átomo de Fe En cada subunidad, el hemo se coloca en una hendidura o bolsillo

43 ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LA HEMOGLOBINA
Representación esquemática de la molécula de hemoglobina. Los segmentos de hélice α, que constituyen el 80% de la molécula, se representan como cilindros: las cadenas α en gris claro, las cadenas β en gris oscuro y los grupos hemo, como discos rojos.

44 ANTICUERPOS O INMUNOGLOBULINAS
Producidos por los linfocitos, poseen múltiples dominios que permiten el reconocimiento y la unión de moléculas ajenas al organismo (antígenos) señalándolas para que sean destruídas. Son glucoproteínas compuestas por 2 cadenas ligeras (L) y 2 cadenas pesadas (H) que se asocian formando una estructura en forma de Y que se mantiene por fuerzas no covalentes y puentes disulfuro intercatenarios. Las 4 cadenas tiene la misma orientación de forma que los extremos N-terminales de las cadenas H y L se encuentran próximos. Allí se encuentran los dominios variables, que se asocian creando el lugar de fijación del antígeno en forma específica mediante interacciones no covalentes (Van de Waals, puente H) Los extremos c-terminales forman los dominios constantes, semejantes en todos los anticuerpos.

45 Puentes disulfuro en la inmunoglobulina G (IgG)
Puentes disulfuro en la inmunoglobulina G (IgG). La molécula de IgG presenta puentes disulfuro de dos tipos. Los intracatenarios se establecen entre residuos de Cys de la misma cadena (en azul) y los intercatenarios entre residuos de Cys de las dos cadenas diferentes (en rojo).

46 PROTEINAS ESTRUCTURALES y FUNCION PROTEINAS FIBROSAS
El colágeno y la elastina son proteínas fibrosas estructurales de la matriz extracelular, con estructura secundaria y, para colágeno, un superenrollamiento pseudoterciario. Otro ejemplo de proteínas estructurales son la a-queratinas y las b-queratinas.

47 COLÁGENO El colágeno es la proteína más abundante del organismo
COLÁGENO El colágeno es la proteína más abundante del organismo. Se encuentra en la piel, huesos, ligamentos, tendones, cartílagos, vasos sanguíneos y dientes.

48 Es un proteoglicano, contiene más de un 97% de proteína, que incluye 18 aminoácidos, de los cuales ocho son aminoácidos esenciales, que el organismo debe incorporar con la alimentación porque no los puede sintetizar. Una de las aplicaciones más importantes es su utilización como fuente de nitrógeno en la formulación de dietas enterales con destino a la alimentación tanto infantil como de adultos.

49 En Europa, la producción de colágeno hidrolizado se inició a mitad del siglo XX. En los años '60 se comenzó a utilizar como un sustitutivo parcial de azúcar y grasas. La cultura asiática tradicional lo ha utilizado sobre todo por sus efectos contra el envejecimiento. El colágeno también se utiliza para reducir el contenido de sal en carnes. La adición de colágeno hidrolizado a los productos cárnicos y embutidos ofrece la posibilidad de reducir su contenido de sal sin afectar negativamente el sabor. Es útil para enriquecer el contenido proteico de variados productos, para las dietas de alto contenido en proteínas y para la nutrición de los deportistas.

50 Estructura de la molécula de colágeno.
a) La cadena α tiene una estructura secundaria de hélice levógira sin puentes de hidrógeno intracatenarios. (b) Estructura cuaternaria: tres cadenas superenrolladas formando la molécula de colágeno

51 Función de lipoproteínas plasmáticas:
Aunque el término lipoproteína podría describir cualquier asociación de lípidos con proteínas, se suele restringir para un grupo concreto de complejos moleculares que se encuentran en el plasma sanguíneo de los mamíferos. Las lipoproteínas están formadas por lípidos asociados de forma no covalente con proteínas (apolipoproteínas o apoproteínas), pero también incluyen moléculas antioxidantes liposolubles. Función de lipoproteínas plasmáticas: transportar moléculas lipídicas de unos órganos a otros en el medio acuoso del plasma.

52 Son partículas con un centro apolar (que incluye triacilgliceroles y ésteres de colesterol) y un revestimiento anfifílico formado por fosfolípidos, colesterol no esterificado y las apoproteínas.

53 En ayuno normal el plasma humano tiene cuatro clases de lipoproteínas (se clasifican por su densidad) y en el periodo postprandial aparece una quinta clase, los quilomicrones. Los quilomicrones son lipoproteínas grandes con densidad extremadamente baja que transportan los lípidos de la dieta desde el intestino a los tejidos. Las VLDL, (lipoproteínas de muy baja densidad), se sintetizan en el hígado y transportan lípidos a los tejidos; estas VLDL van perdiendo en el organismo triacilgliceroles y algunas apoproteínas y fosfolípidos.

54 Los restos de VLDL, sin triacilgliceroles, son las IDL (lipoproteínas de densidad intermedia) son captados por el hígado o convertidos en LDL. Las LDL, lipoproteínas de baja densidad, transportan colesterol a los tejidos donde hay receptores de LDL. Las HDL, lipoproteínas de alta densidad, también se producen en el hígado y eliminan el exceso de colesterol de las células llevándolo al hígado, único órgano que puede metabolizar el colesterol, convirtiéndolo en ácidos biliares.

55 Las partículas más pequeñas tienen mayor porcentaje de proteínas de superficie y de lípidos anfipáticos que las grandes.

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