PROTEÍNAS.

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1 PROTEÍNAS

2 Funciones Desempeñan papeles claves en casi todos los procesos biológicos: catálisis enzimática transporte y almacenamiento (de iones y sust. pequeñas, ej. hemoglobina) movimiento coordinado (contracción muscular, mov. cromosómico, de esperma) soporte mecánico (ej. colágeno) protección inmune (anticuerpos) generación y transmisión de impulsos nerviosos (receptores: responsables de la transmisión de los impulsos en las sinapsis) control del crecimiento y la diferenciación (control secuencial de la expresión: represores)

3 Composición Todas las proteínas contiene C, H, O y N, y casi todas poseen además S. El contenido de N representa ~ el 16 % de la masa total de la molécula → c / 6,25 g proteína hay 1 g de N. Este factor de 6,25 se utiliza para estimar la cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición del N de la misma. Son polímeros de alto peso molecular. Están formadas por unidades estructurales básicas llamadas aminoácidos (aa).

4 Aminoácidos Cada ser vivo sintetiza sus propias proteínas a partir de los aa. Las plantas superiores sintetizan a su vez todos los aa necesarios, en tanto que los animales no tienen esa capacidad. Cada animal puede sintetizar sólo algunos de los que necesita, y el resto que son necesarios para formar sus proteínas debe incorporarlos de la dieta. Estos se denominan esenciales (no son los únicos necesarios sino que son los que deben estar incluídos en la dieta). Para los humanos son ocho (fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptofano y valina). Otros dos, arginina e histidina, se sintetizan en forma insuficiente en determinadas etapas.

5 Estructura carbono α (inmediato al carboxilo) grupo amino, básico
grupo carboxílico, ácido átomo de hidrógeno R o grupo distintivo o cadena lateral (≠ para c/ uno de los 20 aa)

6 Clasificación de los aa
La mayoría poseen un grupo carboxílico (ácido) y un grupo amino (básico) por lo cual se consideran neutros. Según las características de las cadenas laterales se los puede clasificar en: metilo Función hidroxilo Aa alifáticos neutros con cadenas hidrocarbonadas Aa alifáticos neutros con cadena hidroxílica Hidroxilo fenólico Núcleo bencénico grupo sulfhidrilo Núcleo heterocíclico indol Aa con azufre Aa neutros aromáticos

7 Clasificación de los aa
Carboxilo adicional Aa ácidos Pueden liberar un protón y adquirir carga – al pH de la célula Aa básicos Aceptan protones, carga + al pH de la célula. Las características de las cadenas laterales permiten agrupar a los aa en: Polares: glicina, serina, treonina, cisteína, tirosina, ácido aspártico, ácido glutámico, asparragina, glutamina, lisina, histidina, arginina. Apolares: alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, fenilalanina, triptofano, prolina.

8 Isomería Excepto para glicina, donde R = H, los aa tienen las 4 valencias del Cα saturadas por grupos diferentes, C asimétrico o quiral. El agrupamiento tetraédrico de 4 átomos diferentes alrededor del C confiere actividad óptica a los aa → las 2 formas especulares se llaman isómero L y D. Solamente los aa L son constituyentes de las proteínas. Isómeros: compuestos diferentes con igual fórmula molecular (número y clase de átomos pero unidos de forma diferente). Algunos aa naturales tienen más de un C asimétrico, por lo tanto pueden existir más de 2 estereoisóimeros, por ej. treonina.

9 Aa = iones dipolares Aa → casi siempre se encuentran disociados, con cargas positivas y negativas sobre la misma molécula. El grupo carboxilo se comporta como ácido o dador de protones: -COOH → COO- + H+ El grupo amino se comporta como base o aceptor de protones: -NH2 + H+ → -NH3+ En sn. ácida fuerte capta un ión H a nivel del carboxilo → se comporta como una base → se convierte en un catión. En sn. alcalina fuerte los hidroxilos reaccionan con -NH3+ para formar agua. Carboxilo → se comporta como ácido → se convierte en un anión.

10 Punto isoeléctrico (pHi o pI)
Valor de pH en el cual la disociación de cargas + y – se iguala → la carga total del aa es igual a cero y la solubilidad mínima. Es característico de c/ aa.

11 Unión peptídica Dos aa pueden unirse entre si mediante enlaces covalentes entre el grupo carboxílico de uno (pierde el OH) y el grupo amino de otro (pierde el H) → dipéptido + agua.

12 Péptidos Polipéptidos: polímeros formados por más de 10 aa unidos por enlaces peptídicos. Proteína: generalmente polímeros de más de 50 aa (~ 6000 Da = masa insulina). Por convención se considera al extremo amino libre como el comienzo de la cadena: extremo amino-terminal o N-terminal. El otro extremo posee el grupo carboxilo libre unido al C-α: extremo carboxilo-terminal o C-terminal. Los péptidos se nombran de acuerdo al orden de los aa a partir del que posee el grupo amino libre. Por ejemplo el tetrapéptido ala-lys-tyr-cys se denomina alanil-lisil-tirosil-cisteína. Ejemplos hormonas (ej. oxitocina, vasopresina, calcitonina) glutatión (ácido glutámico-cisteína-glicina: en glóbulos rojos contribuye a prevenir daños oxidativos). encefalinas (sist. nervioso central) antibióticos toxinas (amanitina) →

13 Proteínas- Estructura molecular
1- Estructura primaria. Ordenamiento y secuencia de los aa. Estructura lineal, sin ramificar. 2- Estructura secundaria. Disposición espacial que adopta la cadena polipeptídica, generalmente mantenida por enlaces hidrógeno. 3- Estructura terciaria. Disposición tridimensional. 4- Estructura cuaternaria → para proteínas compuestas por 2 o más cadenas polipeptídicas: disposición espacial de dichas cadenas y los enlaces entre ellas.

14 Estructura primaria El orden de los aa en una proteína ocurre de acuerdo a la información contenida en los genes. Por ello, una forma indirecta de determinar la estructura primaria es establecer la secuencias de nucleótidos en el ADN. Alteraciones en ese ordenamiento o sustituciones de aa pueden afectar o anular la capacidad funcional de la proteína (por ej. la anemia falciforme, enfermedad mortal, puede resultar del cambio de un único aa en una proteína). A veces proteínas que cumplen igual función en distintas especies pueden presentar diferencias interespecíficas, por ej. la hemoglobina. Sin embargo, mantienen características en común como igual longitud de la cadena polipeptídica, conservación en la misma posición de muchos aa claves. Estos sitios invariables están estrechamente relacionados con al función.

15 Estructura secundaria
Hélice α la cadena se enrolla regularmente alrededor de un eje (semejante a un cilindro). C/vuelta comprende casi 4 restos aa. Se mantiene por puentes H entre los N (resto de una función amina) y el O (del resto carboxilo de la unión peptídica) de aa ubicados en vueltas contiguas de la hélice (misma cadena polipeptídica). La disposición espacial de la cadena depende de la orientación de los enlaces entre el C-N-Cα que al unirse repetitivamente forman la “columna vertebral” de la proteína. El enlace C-N de la unión peptídica tiene características intermedias entre un enlace simple y uno doble, por lo cual no permite libre rotación. En cambio los enlaces Cα-C y N-Cα pueden rotar → los grupos unidos al Cα adoptan distintas configuraciones en el espacio. Mediante difracción de rayos X, Pauling y Corey propusieron 2 formas de estructuras periódicas: Lámina β 2 o mas cadenas totalmente extendidas se aparean y establecen enlaces H (entre esos distintos filamentos) formando estructuras laminares plegadas en zigzag.

16 Estructura terciaria Proteínas fibrosas: toda la molécula dispuesta en hélice α o en lámina β. Elastina. Componente del tejido conjuntivo (paredes de los vasos sanguíneos, ligamentos), capaz de estirarse de modo reversible varias veces su longitud inicial. Al igual que el colágeno es rica en Gly y Pro, pero tiene escasa hidroxiprolina y carece de hidroxilisina. Queratina. α- queratinas: principales proteínas del pelo y uñas, piel de animales. Generalmente dos hélices α se enrollan sobre si. En uñas, gran cantidad de puentes disulfuro. β-queratinas: presentan láminas β y se encuentran en plumas y escamas de reptiles. Proteínas globulares: porciones de hélices α y en láminas β y ambas unidas al azar para dar una conformación esferoidal. Por ej. hemoglobina. Como resultado de acciones de diferentes fuerzas (de atracción o repulsión electroestáticas, enlaces H de cadenas laterales, ptes S-S) ciertas regiones de una proteína presentan asociaciones de hélices α o láminas β comportándose como unidades estructurales y funcionales, dominios.

17 Colágeno 25 % del total de proteínas en vertebrados (piel, huesos, cartílagos, tendones, vasos sanguíneos), una de las más largas que se conocen. Insoluble en agua y poco digerible; sometido a ebullición en agua → gelatina, soluble y digerible. Existen alrededor de 14 tipos los cuales difieren levemente en su estructura primaria. Estructura primaria muy regular y periódica: ↑ proporción de glicina y prolina, y de hidroxiprolina e hidroxilisina. En vez de hélice α, su estructura secundaria es una hélice más extendida y enrollada hacia la izquierda. 3 cadenas de alrededor de 1000 aa c/u así enrolladas (triplehélice) → unidad estructural de superhélice llamada tropocolágeno. La glicina ocupa 1 de c/3 posiciones: es el único aa que por su tamaño puede ubicarse en el interior de esa fibra helicoidal tan compacta. Fibras de colágeno: unidades de tropocolágeno ubicadas en hileras con igual orientación (extremos N-terminales para el mismo lado), escalonadas en un cuarto. Éstas a su vez están reforzadas por medio de enlaces cruzados. Se producen a veces también uniones entre lisinas de tropocolágenos vecinos → gran resistencia mecánica.

18 Estructura cuaternaria
En el caso de proteínas oligoméricas, cada cadena representa una subunidad, por ej. hemoglobina, 4 subunidades; insulina, 2. Las fuerzas responsables de mantener unidas las distintas subunidades son puentes de H, interacciones hidrofóbicas, puentes S-S entre Cys, etc. Hemoglobina Hélice α, cilindros: cadenas α, claros, cadenas β, oscuros, grupos hemo, discos rojos

19 Desnaturalización-Hidrólisis
Desnaturalización de una proteína: pérdida de la conformación nativa y de sus propiedades originales (ej. coagulación por calor de las proteínas de la clara del huevo). Hidrólisis de una proteína: escisión en aminoácidos (ruptura de un enlace covalente por adición de agua). Desnaturalización de la ribonucleasa: enzima con puentes disulfuros reducidos y sin actividad enzimática

20 Proteínas simples Formadas solamente por aa.
Albúminas. Proteínas globulares ácidas, de origen animal o vegetal, solubles en agua y de cadena única (ovoalbúmina, lactoalbúmina, legumelina). Globulinas. Proteínas globulares de origen animal o vegetal, insolubles en agua pura, generalmente de varias cadenas (ovoglobulinas, lactoglobulinas). Histonas. Proteínas básicas, asociadas al ADN, con alta proporción de lisina, arginina e histidina. Glutelinas y gliadinas. Granos de cereales (zeína). Escleroproteínas. Proteínas fibrosas componentes de tejidos animales de sostén (queratina, colágeno, elastinas).

21 Proteínas conjugadas Formadas por una proteína simple (apoproteína) + una porción no proteica (grupo prostético: GP). Nucleoproteínas (GP: ácidos nucleicos). Cromoproteínas (GP coloreado; hemoglobina, citocromos- procesos de oxido-reducción; rodopsina). Gicoproteínas (GP: hidratos de C). Fosfoproteínas (GP: fosfatos; caseína de la leche, vitelina de la clara del huevo). Lipoproteínas (GP: lípidos, en el plasma sanguíneo transportan lípidos insolubles en medio acuoso). Metaloproteínas (GP: metales como Fe, Cu, Mg, Mn)

22 Proteínas transportadoras de O2
Transición vida anaeróbica → vida aeróbica: etapa trascendental de la evolución. Se extrae 18 veces más de energía a partir de la glucosa en presencia de O2 que en su ausencia. En los vertebrados han evolucionado 2 mecanismos principales para proveer adecuado O2 a sus células: sistema circulatorio adquisición de moléculas transportadoras de O2 ↓ ↓ hemoglobina mioglobina La capacidad de enlazar O2 depende de la presencia de una unidad no polipeptídica: grupo hemo. Muchas proteínas necesitan para su actividad este tipo de unidades: grupo prostético. Una proteína conjugada sin su grupo prostético se denomina apoproteína.

23 Grupo Hemo Mioglobina Localizada en el músculo, sirve como reserva y transportador de O2. Extremadamente compacta, casi el 75 % de la cadena principal plegada en hélice α, el interior casi enteramente con residuos no polares e hidrofóbicos (Leu, Val, Met, Phe), entorno poco accesible del hemo. El monóxido de carbono es un veneno porque se combina con la ferromioglobina y la ferrohemoglobina y de este modo interfiere en el transporte del O2. Si bien el grupo hemo tiene mucho mayor afinidad por el CO que por el O2, las hemoproteínas discriminan entre ambos por medio de una imposición estérica que provoca una afinidad menor para la unión del CO. El Fe está ligado a 4 N en el centro del anillo de la protoporfirina. El átomo de Fe puede estar en estado ferroso (+ 2) o férrico (+ 3). Solamente la forma ferrosa capta el O2.

24 Hemoglobina Molécula de los eritrocitos casi esférica, constituída por 4 cadenas polipeptídicas, cada una con un grupo hemo. La estructura de la hemoglobina A, principal en los adultos, es α2β2. Estructuras tridimensionales de ambas cadenas son muy similares a la de la mioglobina, no así su secuencia de aa. Las secuencias de aa de hemoglobinas de distintas especies muestran variabilidad en la mayoría de las posiciones, sin embargo, en 9 de ellas el aa es invariable. Son especialmente importantes para la función de la hemoglobina. Por ej. la oxigenación reversible del grupo hemo depende de la localización en un nicho no polar que lo aísla de otros grupos hemo. También se conservan algunos cercanos al hemo, como las histidinas proximal y distal.

25 Hemoglobina Anemia falciforme: un solo aa alterado en la cadena β (gen en homocigosis)→ Val (apolar) x Glu (polar) en posición 6. Transporta O2, H+ y CO2. La capacidad de enlace de estas moléculas está regulada por interacciones alostéricas, interacciones entre centros espacialmente distintos y que determinan cambios en la molécula: La unión del O2 favorece nuevas adiciones de O2 a otros grupos hemo de la misma molécula → unión cooperativa. El H+ y el CO2 promueven la eliminación del O2 de la hemoglobina. La afinidad por el O2 es regulada por fosfatos inorgánicos como el DPG (difosfoglicerato). Las propiedades alostéricas de la hemoglobina derivan de interacciones entre sus subunidades diferentes. De esta forma presenta propiedades diferentes de acuerdo a qué moléculas haya en su entorno.