Estructura de las proteínas

Enlaces en proteínas

• Los enlaces entre el carbono alfa y el grupo amino, y el carbono alfa y el grupo carbonilo son enlaces simples con libertad de giro
• La libertad de giro permite a las proteínas plegarse en diversas formas
• Los ángulos de giro alrededor de estos enlaces se llaman ángulos de torsión
• El ángulo de giro alrededor del enlace entre el nitrógeno y el carbono alfa se llama fi (Φ)
• El ángulo de giro alrededor del enlace entre el carbono alfa y el carbonilo se llama psi (Ψ)
• Hay libre rotación alrededor de los enlaces Cα-CO y Cα-N

Conformaciones de los péptidos

• Un péptido puede tener varias conformaciones dependiendo de los ángulos Phi y Psi
• Adopta la conformación más favorable energéticamente, con menor impedimento estérico y repulsión electrostática
• No todos los valores de phi y psi son posibles sin colisiones entre átomos

Hélice alfa

• La hélice alfa es una estructura secundaria con una forma helicoidal
• Se estabiliza por enlaces de hidrógeno entre los grupos NH y CO de los aminoácidos
• Los grupos R se proyectan hacia afuera de la hélice, determinando su tamaño y características
• No todos los aminoácidos se acomodan fácilmente en una hélice alfa
• Los aminoácidos con cadenas laterales cargadas o voluminosas pueden desestabilizar la hélice alfa
• Los aminoácidos con cadenas laterales pequeñas o sin carga, y los que pueden interactuar con grupos hidrofóbicos, estabilizan la hélice alfa

Hoja beta

• La hoja beta es una estructura secundaria formada por dos o más cadenas de aminoácidos dispuestas en paralelo o antiparalelo
• Se estabiliza por enlaces de hidrógeno entre los grupos NH y CO de las cadenas
• Las cadenas laterales se alternan a cada lado de la hoja
• La hoja beta se encuentra en proteínas fibrosas como la fibroína de la seda y la queratina de la piel

Tipos de láminas beta

• Las láminas beta pueden ser paralelas o antiparalelas, dependiendo de la orientación de las cadenas
• Las láminas beta antiparalelas son más estables que las paralelas debido a la disposición de los enlaces de hidrógeno

Clasificación de proteínas

• Composición química:
  • Simples u Holoproteínas: Compuestas únicamente por aminoácidos.
  • Conjugadas o Heteroproteínas: Compuestas por aminoácidos y un grupo prostético (componente no proteico).
• Estructura:
  • Globulares: Forma esférica, solubles en agua.
  • Fibrosas: Forma alargada e insoluble en agua.
• Función:
  • Estructural: Proporcionan soporte y estructura a las células y tejidos.
  • Transporte: Transportan sustancias a través de las membranas o en la sangre.
  • Enzimática: Catalizan reacciones químicas en el cuerpo.
  • Reserva: Almacenan nutrientes.
  • Hormonal: Regulan funciones corporales.
  • Motilidad: Permiten el movimiento.
  • Transducción de señales: Transfieren información dentro y fuera de la célula.
  • Defensiva: Protegen al organismo de patógenos.
• Constituyentes:
  • Monómero: Proteína formada por una sola unidad.
  • Oligoméricas: Proteína formada por varias subunidades.
• Propiedades físicas:
  • Solubilidad: Solubles en agua o asociadas a membranas.

El enlace peptídico

• La longitud del enlace entre los grupos C-N del enlace peptídico es ≈ 1,32 Å, que está entre los valores esperados para un enlace C-N sencillo (1,49 Å) y un enlace doble C=N (1, 27 Å).
• El enlace peptídico existe en un estado de resonancia entre uniones dobles y simples, lo que le da un carácter parcial de doble enlace.
• El enlace peptídico es rígido debido a su carácter parcial de doble enlace, que evita la rotación a su alrededor, lo que impone limitaciones en las posibles conformaciones de un polipéptido.
• Los seis átomos del enlace peptídico son coplanares. Los planos giran uno respecto al otro. El carbono alfa determina el giro de la estructura.
• Un enlace peptídico plano tiene dos configuraciones posibles:
  • Configuración trans: los dos átomos de carbono alfa están en lados opuestos del enlace peptídico.
  • Configuración cis: los dos átomos de carbono alfa están al mismo lado del enlace peptídico.
• La mayoría de los enlaces en las proteínas son trans, ya que reduce los impedimentos estéricos, excepto en caso del aminoácido prolina.
• El impedimento estérico es el efecto que se produce cuando el volumen ocupado por un grupo funcional o átomo en una molécula impide que otra parte de la misma reaccione.
• En una cadena peptídica, los átomos están dispuestos en "zig-zag", siendo Cα, C y N los átomos que se sitúan en la cadena principal.
• El enlace peptídico –CO-NH- es una estructura plana y rígida.
• Los átomos que intervienen de carbono asimétrico a carbono asimétrico constituyen el PLANO PEPTÍDICO (coplanaridad de los átomos de la unión peptídica).
• Los dos Cα se sitúan en TRANS respecto al enlace peptídico.
• Los péptidos formados a partir de prolina suelen presentar con cierta frecuencia una configuración en CIS.

Propiedades ácido-base de péptidos y proteínas

• Las proteínas son polielectrolitos anfóteros debido a que, además del grupo amino libre N-terminal y del grupo carboxilato libre C-terminal, pueden contener aminoácidos con grupos ionizables en sus cadenas laterales, determinando las propiedades electroliticas de las proteínas.

Enlaces no covalentes

• Interacciones hidrofóbicas entre cadenas laterales apolares, que tienden a asociarse por su repulsión al agua.
• Enlace de hidrógeno: Interacción no covalente entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un grupo donador, como –O-H, y un par de electrones libres pertenecientes a un grupo aceptor, como el oxígeno.
• Interacciones iónicas, salinas o electrostáticas: Entre cadenas laterales ionizadas, con cargas de signo opuesto. Poco frecuente por la acción dipolar del agua y su elevada Constante Dieléctrica.
• Fuerzas de van der Waals, interacción de repulsión o atracción entre los orbitales más externos de los átomos. Cualquier átomo lo puede conformar, si están lo suficientemente próximos. Distancia óptima: 4Å.

Tipos de estructura terciaria

• Proteínas fibrosas:
  • Una dimensión mayor que la otra
  • En general, insolubles en agua.
  • La estructura primaria se caracteriza por la repetición ordenada de algunos aminoácidos.
• Proteínas globulares:
  • Más compactas
  • Solubles en agua.
  • Estructura en forma de esfera.

Desnaturalización de proteínas

• Estructura nativa: la que adopta una proteína en presencia del disolvente acuoso y que la permite llevar a cabo su función. Es ÚNICA.
• Desnaturalización: pérdida total o parcial de las estructuras de la estructura tridimensional de una proteína. Resultado los cambios en las propiedades físicas, químicas y biológicas de la proteína.
• El proceso puede ser reversible, dependiendo de la intensidad y duración del tratamiento desnaturalizante.
• Agentes desnaturalizantes:
  • Físicos: temperatura y radiación UV
  • Químicos: detergentes, disolventes orgánicos (etanol y acetona), pH y fuerza iónica (urea y guanidina)
• Renaturalización: Recuperación de la conformación nativa tras la retirada de agentes desnaturalizantes.
• ↑Tª y tratamiento con agentes reductores de puentes disulfuro, alteran la conformación nativa, desnaturalizando la proteína.
• Si se retoman las condiciones nativas, la proteína vuelve espontáneamente a su conformación nativa.
• Consecuencias inmediatas de la desnaturalización de proteínas:
  • Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación.
  • Pérdida de todas sus funciones biológicas.

Clasificación de proteínas

• Clasificación general:
  • Composición química:
    • Simples u holoproteínas: Son aquellas que por hidrólisis total dan solo α-aminoacidos o sus derivados.
    • Conjugadas o heteroproteínas (apoproteína + grupo prostético): Son aquellas que por hidrólisis producen no solamente aminoácidos, sino también otros componentes orgánicos o inorgánicos.
  • Estructural:
    • Globulares: albúminas, hormonas, enzimas
    • Fibrosas: colágeno, queratinas, elastinas y fibroínas
  • Función:
    • Estructural: matriz extracelular
    • Transporte: a través de membrana, en sangre
    • Enzimática
    • Reserva: ferritina
    • Hormonal: insulina
    • Motilidad
    • Transducción de señales
    • Defensiva: Ig
  • Constituyentes:
    • Monómero: una subunidad
    • Oligoméricas: varias subunidades
  • Propiedades físicas (solubilidad): proteínas solubles o de membrana.