T5. Estructura y función de principales biomoléculas. Parte 2..pptx

Tema 5: Estructura y funciones de las principales biomoléculas. Parte 2 Aminoácidos, péptidos y proteínas ● Las proteínas son las biomoléculas más abundantes, son muy variadas y cumplen diversas funciones en el organismo, estructural, reguladora (enzimas) e incluso, en momentos de necesidad, energ...

Tema 5: Estructura y funciones de las principales biomoléculas. Parte 2 Aminoácidos, péptidos y proteínas ● Las proteínas son las biomoléculas más abundantes, son muy variadas y cumplen diversas funciones en el organismo, estructural, reguladora (enzimas) e incluso, en momentos de necesidad, energética. ● La información genética se almacena en el DNA, pero las moléculas funcionales son las proteínas. ● Son polímeros de aminoácidos, y las de todos los seres vivos están constituidas por los mismo 20 aminoácidos. Aminoácidos (aas) • Tienen unido su carbono α a: un grupo carboxilo, un grupo amino, un H y una cadena lateral R (radical). Ej: Lisina. • Este C α, en todos los aas salvo en la glicina, es un carbono asimétrico, es decir, un centro quiral. Los aas que constituyen las proteínas son los L-aa. Aminoácidos (aas) ● Las propiedades químicas de los aa, van a depender de sus cadenas laterales (R), clasificando los aas en los siguientes grupos: apolares (glicina, alanina, prolina, valina, leucina, isoleucina y metionina), aromáticos (fenilalanina, tirosina y triptófano), polares sin carga (serina, treonina, cisteína, asparragina y glutamina) y cargados positiva (lisina, arginina e histidina) o negativamente (aspartato y glutamato). ● También se clasifican según su esencialidad: ○ Aas esenciales: histidina, isoleucina, Aminoácidos (aas) ● Otros aminoácidos: Existen otros aas no codificados por la información genética (no se traducen en los ribosomas), los cuales se obtienen mediante la modificación tras la síntesis de proteínas. Ejemplos: hidroxiprolina, hidroxilisina (colágeno), citrulina, ornitina, etc. ● Los aas pueden actuar como ácidos o como bases, ya que el grupo amino (NH2) y carboxilo (-COOH), son ionizables dependiendo del pH. En disolución acuosa y a pH fisiológico, los aminoácidos se encuentran en forma de ion divalente o zwitterion. Aminoácidos (aas) • Estado de ionización según el pH: Círculo rojo y azul: PK1 Círculo amarillo y azul: PK2 Péptidos ● Cadenas de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos, un tipo de enlace covalente (tipo amida) que se forma al condensarse 2 aas (perdiendo una molécula de H2O). ● De la unión de 2 aas se obtiene un dipéptido, la configuración de la mayoría de los enlaces es trans. ● Aunque el enlace peptídico (-CO-NH-) se representa como un enlace sencillo, tiene características similares a un doble enlace, ya que se establece un pequeño dipolo eléctrico, propiedad que contribuye al plegamiento tridimensional de las proteínas. Péptidos ● El grupo peptídico es plano, el carácter parcial de doble enlace impide la libre rotación alrededor del enlace peptídico. ● Sin embargo, la rotación alrededor de los enlaces sencillos permite a las proteínas plegarse de formas muy diversas. ● La cadena polipeptídica extendida tiene esta conformación: Péptidos ● Péptidos: Polímeros de aas de menos de 100. ○ Hasta 10 aas: Oligopéptidos como aspartamo o glutatión. ○ De 10 a 100 aas: Polipéptidos como insulina y glucagón. ● Existen péptidos biológicamente activos como: Oxitocina (9aas), vasopresina (9aas), insulina (51 aas), etc. ● Las propiedades físicas y químicas suelen reflejar las de los aa que los componen. Además, los extremos amino, carboxilo y algunos grupos R, se pueden ionizar, modificando el comportamiento ácido-base total. ● Esquema “tipo” de un péptido (pentapéptido). Proteínas ● Cadenas de aas de 100 o más, con gran variedad de funciones fisiológicas: ○ Enzimas: Catalizan reacciones químicas. ○ Proteínas de transporte: Se unen a moléculas o iones específicos y los transportan a través de la sangre (lipoproteínas), o a través de las membranas. ○ Proteínas de reserva: Algunas pueden actuar como reserva de sustancias (ferritina). ○ Proteínas contráctiles: Confieren la capacidad celular de contraerse, cambiar de forma o moverse (actina). ○ Estructurales: Queratina en uñas, colágeno en tendones, etc. ○ De defensa: Inmunoglobulinas, fibrinógeno, etc. ○ Reguladoras: Regulan actividad fisiológica como las hormonas. ○ Cromosómicas: Histonas. ○ Receptores de membrana. ○ Factores de transcripción: Regulan la transcripción. Proteínas ● Pueden estar constituidas por una única cadena polipeptídica o por varias (distintas subunidades). ○ Ej: La hemoglobina (Hb), consta de 4 cadenas polipeptídicas, 2α y 2β, todas ellas unidas por enlaces no covalentes. ● Además de aas, las proteínas conjugadas tienen otros compuestos: el grupo prostético es un ion metálico o cualquier compuesto orgánico diferente de un aa unido covalentemente a la proteína, y que es necesario para su actividad. ○ Según estos grupos prostéticos, encontramos lipoproteínas, glicoproteínas y metaloproteínas. ○ Se denomina holoproteína, a la proteína unida al grupo prostético. ○ Se denomina apoproteína a la proteína sin el grupo prostético. Proteínas: Niveles de organización • • • Estructura secundaria: Organización 3-D de la cadena principal en el espacio. Estructura terciaria: Organización 3-D de toda la molécula en el espacio. Estructura cuaternaria: Organización 3-D de todas las subunidades. Proteínas: Estrc. Primaria ● Secuencia de aas, es una característica única de cada proteína. ● La secuencia viene determinada por: Los aas que forman el péptido o proteína y el orden en que están ensamblados. ● Está codificada en el DNA, se lee desde el extremo amino hacia el extremo carboxilo. ● Toda la información necesaria para que la cadena polipeptídica se pliegue en su estructura “nativa” está contenida en la su estructura primaria de aminoácidos. Proteínas: Estrc. Secundaria ● La estructura secundaria es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico. Existen 3 tipos de estructura 2ia: ● Hélice α: Estructura helicoidal estabilizada por puentes de hidrógeno intracatenarios. ○ El grupo CO de un aa establece pte. de hidrógeno con el NH del aa situado 4 residuos más adelante. ○ Cada enlace peptídico puede establecer 2 puentes de hidrógeno. ○ Cada vuelta de la hélice implica 3,6 AA. ○ Las cadenas laterales de los AA se sitúan en la parte externa de la hélice. ○ Las hélices que forman los L-aas en proteínas son Proteínas: Estrc. Secundaria ● Estructura/hebra β: Cuando la cadena principal de un polipéptido se estira al máximo se adopta una configuración espacial denominada estructura β o hebra β, que suele representarse como una flecha. ● En esta estructura las cadenas laterales de los aminoácidos se sitúan de forma alternante por encima y por debajo del plano del esqueleto de la cadena polipeptídica. Proteínas: Estrc. Secundaria ● Las estructuras β de distintas cadenas polipeptídicas o bien las estructuras β de distintas zonas de una misma cadena polipeptídica pueden interaccionar entre sí mediante puentes de hidrógeno, dando lugar a estructuras laminares llamadas hojas β. ● Si las estructuras β tienen sentidos opuestos, resulta una hoja plegada antiparalela. ● Si las estructuras β tienen el mismo sentido, resulta una hoja β paralela. Proteínas: Estrc. Secundaria ● Giros β: Secuencias de la cadena polipeptídica con estructura α o β a menudo están conectadas entre sí por medio de los llamados giros β. Son secuencias cortas, con una conformación característica que impone un brusco giro de 180º a la cadena principal de un polipéptido. ● La conformación de los giros β está estabilizada generalmente por medio de un puente de hidrógeno entre los residuos 1 y 4 del giro β. Proteínas: Estrc. Supersecundarias ● Es frecuente encontrar combinaciones de estructuras, con una disposición característica que se repite en distintos tipos de proteínas. Son los llamados motivos estructurales o estructuras supersecundarias. ● Hélice-giro-hélice: Dos α-hélices, conectadas mediante un tramo sin estructura secundaria (o un giro β). Característico de proteínas que interaccionan con el DNA. ● β-α-β : Dos estructuras b se orientan de forma paralela mediante una hélice α y dos segmentos con estructura al azar. ● Meandro β: Formado por varias hojas b antiparalelas conectadas por segmentos con conformación al azar. ● Barril β: Muchas estructuras b antiparalelas forman una especie de barril con los residuos hidrofóbicos hacia el interior. Proteínas: Estrc. Terciaria ● Describe la disposición en el espacio (3D) de todos los átomos de una proteína. ● Aminoácidos que se encuentran alejados en la secuencia polipeptídica pueden interaccionar en este nivel estructural, incluso aquellos que están en estructuras secundarias diferentes. ● Clasificación de las proteínas: fibrosas y globulares. ● La estructura terciaria de una proteína es la responsable directa de sus propiedades biológicas, ya que la disposición espacial de los distintos grupos funcionales determina su interacción con los ligandos. Proteínas: Estrc. Terciaria ● Se distinguen 2 tipos de estrc. terciaria: ○ Proteínas de tipo fibroso. Una dimensión es mayor que las otras 2. Ej: Colágeno. ○ Proteínas de tipo globular. No predomina ninguna dimensión y su forma es aproximadamente esférica. Ej: Mioglobina. Proteínas: Estrc. Terciaria ● Fuerzas que estabilizan la estructura terciaria, son interacciones entre los grupos R de los aas que constituyen la proteína: ○ Fuerzas no covalentes: ■ Puentes de H entre residuos polares no cargados, tanto en superficie como interior de la proteína. ■ Interacciones hidrofóbicas: entre cadenas laterales apolares, en el interior de la proteína. ■ Fuerzas electrostáticas: atracción iónica entre cadenas laterales cargadas de signo opuesto. ■ Fuerzas de polaridad debidas a interacciones dipolodipolo entre residuos polares cargados, generalmente en la superficie de la proteína en contacto con el agua. ○ Puentes disulfuro covalentes. Proteínas: Estrc. Terciaria ● Dominios: Regiones diferenciadas dentro de la estructura terciaria de las proteínas que actúan como unidades autónomas, constituyen un nivel estructural intermedio entre las estructuras secundaria y terciaria. ● Los dominios se pliegan por separado a medida que se sintetiza la cadena polipeptídica. Es la asociación de los distintos dominios la que origina la estructura terciaria. ■ Ej: Piruvato quinasa. Proteínas: Estrc. Cuaternaria ● Cuando una proteína consta de más de una cadena polipeptídica, es una proteína oligomérica, y posee estructura cuaternaria. ● Cada subunidad se denomina protómero: ○ 2 subunidades: dímero, 4: tetrámero. Pueden tener distinta función. ● La estructura cuaternaria modula la actividad biológica de la proteína y la separación de las subunidades a menudo conduce a la pérdida de funcionalidad. ● Las fuerzas que mantienen unidas las distintas cadenas polipeptídicas suelen ser iguales a las que estabilizan la estructura terciaria (tipo débil). ● Desnaturalización: pérdida de la estructura tridimensional de una proteína que conlleve una pérdida de su función (en ocasiones es reversible, otras no). Proteínas: Estrc. Cuaternaria Colágeno: Prot. Fibrosa con estructura cuaternaria. Hemoglobina: Prot. Globular con 4 subunidades con la misma función. Aspartato transcarbamilasa: proteína globular. 6 subunidades catalíticas y 6 reguladoras