Funcionamiento y Regulación de Proteínas

Funcionamiento y Regulación de Proteínas

• Las proteínas son reguladas y cómo funcionan

Glosario

• Péptido es una cadena lineal corta que contiene entre 20 y 30 aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos
• Polipéptido es una cadena lineal con hasta 4000 aminoácidos
• Proteína tiene una estructura tridimensional bien definida y esta constituida por uno o más polipéptidos o complejos de polipéptidos
• Dalton describe el tamaño de una proteína o polipéptido
• El peso molecular (PM) de una molécula puede expresarse en daltons

¿Qué son las Proteínas?

• Macromolécula celular compuesta por una o más cadenas polipeptídicas, unidas por enlaces covalentes peptídicos
• Cada cadena de proteína es un polímero lineal de aminoácidos con enlaces covalentes peptídicos
• La secuencia de aminoácidos determina la estructura tridimensional de una proteína
• Las proteínas se pliegan en la forma o conformación característica de su estado nativo, que es termodinámicamente favorable y biológicamente activo
• En el plegamiento inicial, una proteína puede formar hélices alfa u hojas beta en ciertas áreas, estabilizadas con puentes de hidrógeno

Estructura de las Proteínas

• Las proteínas son macromoléculas estructuradas por aminoácidos
• Cada aminoácido posee un átomo de carbono unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un átomo de hidrógeno y un grupo R variable
• Las características químicas de los aminoácidos varían según el grupo R, permitiendo su clasificación
• Los aminoácidos polares son solubles en agua (hidrofílicos) y pueden tener carga positiva, negativa, o ser polares sin carga
• Los aminoácidos no polares son insolubles en agua (hidrofóbicos)
• Las proteínas contienen 20 tipos de aminoácidos, cada uno exhibiendo propiedades químicas distintas
• Los aminoácidos se conectan a través de enlaces covalentes peptídicos, formados entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente con pérdida de agua
• La secuencia de aminoácidos, conocida como la secuencia de la proteína, siempre comienza en el extremo amino terminal y determina el orden en que se agregan los aminoácidos
• La secuencia y el número de aminoácidos distinguen cada proteína
• La secuencia dicta la estructura espacial de la proteína, lo cual influence su función
• Las proteínas adoptan la estructura o conformación de menor energía al plegarse, conocida como confirmación nativa de la proteína
• La distribución de aminoácidos polares y apolares influye en el plegamiento de una proteína, porque las moléculas hidrofóbicas tienden a unirse cuando se encuentran en un entorno acuoso
• La conformación nativa de la célula resulta de la formación de enlaces no covalentes entre los átomos de la cadena
• Las atracciones electrostáticas, los enlaces de hidrógeno, las atracciones de Van der Waals y el efecto hidrofóbico son los enlaces no covalentes involucrados en el plegamiento de las proteínas

Funciones de las Proteínas

• Las proteínas son componentes estructurales de las células y realizan casi todas sus funciones
• Las proteínas facilitan la comunicación entre el interior y el exterior celular
• Las proteínas permiten la entrada y salida de distintas moléculas a través de la membrana
• Las proteínas son responsables del movimiento celular y de sus estructuras internas
• Las enzimas participan como catálisis
• Para mantener la estructura celular, las proteínas son responsables de la forma de la célula
• Las proteínas controlan la activación e inhibición de otras proteínas y genes y se autorregulan

Determinación de la Actividad de una Proteína

• La actividad de una proteína depende de su forma, la cual determinada por la secuencia de aminoácidos, codificada por la secuencia de bases que constituyen el gen
• La estructura primaria determina la forma de una proteína
• Un polipéptido puede contener múltiples estructuras secundarias simultáneamente, ya que cada aminoácido puede ser polar o no polar
• La secuencia de aminoácidos dirige el plegamiento de la proteína a una forma de menor energía, donde los residuos apolares se unen por efecto hidrofóbico en el centro, permitiendo que los residuos polares interactúen con el agua del citosol

Jerarquía Estructural

• La jerarquía estructural alude a los distintos niveles de organización de una proteína
• La secuencia de aminoácidos, que es una cadena lineal codificada directamente por un gen, determina la estructura primaria
• La estructura secundaria se refiere a los primeros pliegues de la cadena en distintas zonas, formando hélices alfa, hojas beta o random coil
• Las estructuras secundarias, estabilizadas por interacciones débiles como puentes de hidrógeno, están formadas por aminoácidos o giros beta
• El arreglo de estructuras secundarias llamado motivo, se vinculada a una función específica
• La estructura terciaria, o dominio, presenta un plegamiento posterior de la cadena sobre sí misma en el espacio
• La jerarquía estructural de las proteínas con una sola cadena polipeptídica finaliza en la estructura terciaria
• Algunas proteínas están estructuradas por muchas moléculas, creando estructuras cuaternarias
• Las fuerzas de Van der Waals, los puentes de hidrógeno, el efecto hidrofóbico y la unión electrostática estabilizan estas estructuras
• Las estructuras supramoleculares pesan muchos daltons, el proteasoma es un ejemplo

Plegamiento y Estado Nativo

• La estructura primaria (secuencia de bases del ADN o gen) dirige el plegamiento hacia la estructura terciaria
• La estructura terciaria es termodinámicamente favorable con menor energía libre, en este estado nativo, la proteína es biológicamente activa y funcional
• Ante ciertas condiciones, las interacciones débiles se desestabilizan y la proteína se desnaturaliza, lo que puede ser revertido
• Tales condiciones incluyen cambios en el pH del citosol (normalmente 7 o 7.4), la adición de urea en un tubo de ensayo o el aumento de la fuerza iónica
• Si se aplica calor, los residuos de los aminoácidos se alteran, forman agregados y las interacciones no se restablecen, lo que hace que este proceso sea irreversible
• Para alcanzar un estado nativo, la célula utiliza proteínas chaperonas, las cuales se unen a los parches hidrofóbicos durante la síntesis de la proteína y, luego, facilitan su plegamiento total
• Las chaperonas interactúan con los grupos hidrofóbicos y retienen la proteína en solución, evitando la agregación en células que sintetizan altas cantidades de proteínas en un ambiente acuoso
• Las chaperonas moleculares son moléculas unitarias que se unen a fragmentos de proteínas no plegadas, estabilizándolas y previniendo la agregación y la degradación: Hsp70, Hsp90, Bip son ejemplos
• Las chaperoninas son complejos supramoleculares o "cámaras de plegado" que unen temporalmente la proteína y brindan un ambiente propicio para su correcto plegado: GroEL/GroEs son ejemplos
• El ribosoma sintetiza la proteína, la cual inicia su plegamiento para alcanzar su estructura terciaria, posiblemente asistida por chaperonas
• Es posible que la proteína se pliegue incorrectamente o parcialmente, resultando en su degradación, a este proceso se le denomina proteasas
• La secuencia que determina la conformación y función de la proteína facilita la identificación de los sitios de clivaje
• Si cambia la estructura tridimensional, los sitios de clivaje pueden quedar ocultos, impidiendo la degradación de la proteína
• Las proteínas con conformación errónea se acumulan, causando enfermedades, mayormente neurodegenerativas

Complementariedad Molecular

• Las proteínas se unen entre sí y a otras moléculas con alta especificidad por ADN, lípidos, iones, proteínas y azúcar
• Para que una proteína se una, debe tener una forma similar
• Las proteínas se pueden unir si una parte de la proteína encaja perfectamente con la molécula que se va a unir
• Cuanto más complementaria sea la forma, mejor será el encastre y mayor será la afinidad de la proteína por la molécula (complementariedad molecular)
• Para que exista complementariedad molecular, deben establecerse interacciones débiles entre ambas moléculas
• Las fuerzas de interacción presentes son iónicas, puentes de hidrógeno, hidrófobas o de Van der Waals
• Las interacciones posibles incluyen antígeno-anticuerpo, enzima-sustrato, ligando-receptor, proteína-proteína y molécula-proteína

Regulación de la Actividad de las Proteínas

• La actividad de las proteínas depende de su forma, la cual debe cambiar (activarse o desactivarse) para tener mayor o menor actividad
• La activación o desactivación puede lograrse a través de interacciones no covalentes, estableciendo uniones covalentes o por degradación
• A un nivel más básico, la síntesis de más proteínas es una regulación génica o compartimental, que se activa en un compartimento específico

Regulación No Covalente

• La regulación no covalente ocurre a través del alosterismo, es decir, cualquier modificación no covalente en la estructura terciaria o cuaternaria de una proteína inducida por la interacción con ligandos y que modifica su actividad
• Para la regulación alostérica, la proteína debe tener un sitio de regulación alostérico, un sitio inactivo donde se una algo que regule la proteína
• La proteína puede ser desactivada si una molécula se une a un sitio no activo y cambia su forma
• La interacción con un ligando puede aumentar o disminuir la actividad

Regulación Covalente

• Es una forma muy común de regulación que modifica la forma de la proteína por generación de enlaces covalentes con moléculas pequeñas
• La unión covalente de un fosfato a una cadena lateral de un aminoácido con un hidroxilo libre regula la forma de la proteína, la proteína es fosforilada y cambia su forma
• La actividad de la proteína se puede cambiar con una fosfatasa, la cual puede eliminar el fosfato y hacer que la proteína vuelva a su forma inactiva
• La fosforilación puede activar o desactivar una proteína
• También los lípidos y glúcidos pueden unirse a las proteínas
• La histona H3 puede ser modificada y cambiar la expresión del ADN
• La quinasa dependiente de ciclina se activa uniendo la ciclina por alosterismo y fosforilándose

Clivaje Proteolítico

• La degradación de la proteína va a ocurrir en el proteasoma
• Las caspasas son un ejemplo de clivaje proteolítico participan en la muerte celular
• Las caspasas inactivas se unen a otra zona de la molécula y se vuelven una caspasa activa
• La insulina inicialmente sintetiza como proinsulina molécula para clivar se forma activa

Teoría 2: Bio-membranas

• Las células eucariotas están muy compartimentadas por lo cual se separan algo del entorno
• Aislan reacciones bioquímicas específicas, que si no estuvieran compartimentadas no habría especificidad
• Compartimentos que tienen doble membrana:
  • La mitocondria.
  • El compartimento nuclear, cuya función más importante es aislar el material genético del resto de las células

Estructura y Composición de las Membranas Celulares

• Todas las membranas celulares comparten la misma estructura general, pero varían en su composición específica
• Las membranas biológicas tienen estructura determinada por una bicapa lipídica (de fosfolípidos), asociada a proteínas integrales o periféricas
• También tiene una matriz fluida
• Los lípidos que estructuran la membrana contienen glicerofosfolípidos con esqueleto de glicerol unido a ácidos grasos
  • Los Plasmalógenos que contienen una unión eter y tienen unión éter
  • Las Esfingolípidos remplazan glicerol y forman diacilglicerol
  • Si al OH se une como cabeza polar tiene una esfingomielina
  • Los glucoesfingolípidos si unen un resto de azúcar
• El colesterol ayuda a mantener la fluidez de las membranas
• La estructura de la matriz es determinada por los fosfolípidos
• Todos los lípidos son sintetizados en retículo endoplásmico
• Las cardiolipinas (difosfatidilglicerol) se encuentran en membrana mitrocondrial interna

Polifosfoinosítidos

• Los polifosfoinositidos son lípidos presentes en todas las membranas celulares, sobre todo en la plasmática
• Composición contienen glicerol y dos cadenas de ácidos grasos, con inositol (fosfatidilinositol) y estos puede ser fosforilados libre, estos está están en la hemicapa citósica de la membrana plasmática
• Los fosfolípidos están formados por una cabeza polar y una cola hidrofóbica formado por dos ácidos grasos
• Forma según el volumen de la cabeza polar
• La fosfatidilcolina es más cilíndrica que la fosfatidiletanolamina que es más pequeña
• La fosfatidilcolina puede formar una bicapa exponiendo en someterse un meio acuoso
• Los liposomas y micelas se forman sometiénso a un ácido grueso forma cónica

Propiedades de la Bicapa Fosfolipídica

• Los fosfolípidos en la bicapa ejecutan movimientos de rotación, balance u difusión lateral.
• Los flip-flop rara vez se ve, ya que no es termodinámicamente favorable
• Los lípidos pueden pasar por la membrana gracias a transportadores La fluidez es por las colas de los fosfolípidos, es semejante al azeite de oliva
• Los fosfolípidos en la membrana se mantienen unidos por interacciones hidrofóbicas entre las colas o hay interacción entre las cabezas polares
• La fluidez de la membrana depende de la temperatura que se encuentre
• En el cuerpo humano depende de los ácidos grasos
• Las cadenas cortas con in saturaciones favorecen la fludez
• Las cadenas largas saturadas rigidización la membrana
• Las cadena Cis favorecen desorden ya que las tráns se asemejan a alinea más ordenada
• Las balsas lipídicas están formadas por colesterol,esfingomielina y glucoesfingolípidos
• Sirven para activar proteínas
• Al entrar a la balsa la proteína cambiar expone restos más hidrofóbicos
• Se trata del mecanismo no covalente de regulación Proteína inactiva >Estímulo >Translocan y las colas Son activas
• Asimetría se refiere a las diferentes composiciones del hemicapa La fosfaditilcolina esta más en hemicapa externas sin embargo debe estar el lado ctiosolico también
• Las esfingomielinas están hacia el interior también
• La fosfaditiletanolamina, fosfadilserina, fosfadilinsitol, y poli fosfoinsotados abundan en el hemicapa interna y se caracterizan para tener cargas
• Los glucolípidos van a zona de reconocimiento donde anticorpos interactuan
• Si se expresa mucha fosfaditilcolina en exterior es senal para apoptosis

Lípidos y Señalización

• Los lípidos que se encuentran del lado interno sirven de superficie de anclaje para vías de señalización (PLC, Pl3K y PLA2)

• Asimetría en la bicapa se produce después del retículo endoplásmico (todos los lípidos y enzimas sinteficantes)

• En el reticulo independiente la mandando (va hacia el lumen Ir Balanceando extensiones de las hemisferas

• Hay simetría solo entre Retículo endoplasmático y desde el

• Para proteger desde el R ha Y proteínas pasen de un lado para mantener longitud de las hemisferas (no dependientes de ATP)

• Ha partir Aparato de Golgi empieazan - flipazas depentientes ATP

• Pasa Selectimavamente fosfolipidos do lado a otro

• De manera que tendrá en lado (humán - esfingomielina fosfatidifolina y glicolipidos

• Otras quedaran los los lado

• Espesor depende el longitud el los fosfolipidos

Al una colesterol Extiende el ancho

• La fosfadilotenalamica da curvatura a la membara como las fosfolipidos
• Es to celestre del RE

Biosíntesis y Biogénesis de Lípidos

• Generación de nueva membrana Y gotas lipidicas

• Los cuerpo lipidicos gotas lipidicas formandos organelas

• Forma donde exesos de grasas forma acumula entre hemícapas y desprenden A expresión máxima de la gota Lipidica en el adipocito Gota lipidica formada por monocapa de fosfolipido y triglicediros o colesteroles

• La guna lipídica para depuración de ácidos granosos

• Ácidos en 3 no β oxidados son tóxicos

• La biosíntesis Secretes proteines integrante en

Síntesis y Distribución

• Sintetiza y distribuye los lípidos menos esfingomielina Y glucoesfingolípidos Cabezas azúcar más
• Grande sintetiza ceramida une fosfolina ceramidas une y azúcares
• Cada membrana tiene composición de 30
• Proteínas asociadas a membrana dependiendo como se extra

Extracción de Proteínas

• Proteínas periféricas con alta fuerza iónica
• Las integrales de bicapa requieren de con detergentes
• Estos son dependientes como se extra:
• Alta Feurza lona con KCl y son proteínas periférias de cqualker lado dé Estan pueda Interaccióonar pro uniones ro-covaientes pro Complemetariedad Moliculas Tambiém entre proteinas apadtoras se unen a por las integrales
• Además puedo Interactuar com las con Lipidos para Complemetanedad Moliculas
• Es un mecanismo ro Covalente para Regular las ActIvidad Los Proteínas uhidas (OLipidos Tambien puede de formar la membrana Proteínas las preifica se estudien con Rompiendo sus interacciones y puedo asilara Mediante centrifugando

Detergentes y Modificaciones

• Detergente Jonicos 4 No (lonicos 4Tritan). En este caso proteínas unidas Nulo Hidorofibivo
• Proteínas Interaccióonano Membranas 4anclador los cabezas-
• Lipido Bicapas Debr rompe unrones
• Proteinas intergarders Nuld Hidorofibo. Atravesar
• Mombrano un a O 1 Maş 40 4 tener su helice or
• 14 membrana 14
• En torno 4 hidrofiluho'
• 14519146 Y 1 Hidromilo con detergenti. Una 10 Transmembrane-es 441
• DOMIMO 4 membana Y uno al Otro 31 a membrane- Plasma.
• Modificacion 1 domimo luminar
• Todos con 2 Azúcares están extertiores también Puente dissulforo Romper -

Tipos de Movimiento

• Las proteínas tienen distintos tipos de de movinimientos
• Eston restringentes 145 pudes mover la una la Otro 42 PROTEINAS Q
• Lalan 2 Cytoesqueleto de 14 membran, no Pueden mover libremente y estaria
• Restringida la un Lugar de 14 Membranaa las 4 cytoesqueleto 4 Cyp- -1 motoras permiten la "Rodar" Solo 11

Puede des plazar I in que es 4 Clisters 4 Uniones Hidromilcidad 11

• Estilo le I 14 Momiento

FRAP

• Puede marcar y decoir ar con con láser. Sip se debe meler Se mezcla y si esta y no 14 sin Fluorecencia

Funciones de la Membrana

• La membrana es importante para la permeabilidad, señalización, enlace e para funciones especificas de la célula

Transporte Através de la Membrana

• La bicapa lípididica es prácticamente impermeable sobre los moleculas pequeñas para los gases O2, CO2 e hormonas Esteroides son con el la atravasar
• Las Moleculas pequeñas polares NO la membrana una velocidad Despreciable.
• La moleculas grandes no cargadas pasan muy pequeño también despreciables
• Los Jones no pasen pore nada
• El mecanismos del cual Atraveser y se llama difusion simpli
• Gradiente de de Molecula dependencia
• Dependencia de la Hidromicidades de
• Molecula polar, 1410, pases y en tamaño
• 2 membranaltranmembranal Que 11 permitan pasar, Transportar
• Trasporte Depende del gradiente Suustantania
• Contradiente a es cuando oppeosto energia cuando gradiente puedo tener tipo
• Comanacion O en el Gradientito qumicnion Es
• La Bicapa 341 Interno es Negativo 1904
• El Transporte simpliesting Ayuda Ninguna