Estructura y Función de las Biomoléculas PDF

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tema-2.pdf _carlaa_08 ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS BIOMOLÉCULAS 1º Grado en Biología Facultad de Ciencias Universidad de Extremadura Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448945 ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE BIOMOLÉCULAS T-2. ESTRUCTURA TERCIARIA DE LAS PROTEÍNAS La estructura terciaria de una proteína es la estructura tridimensional global de la proteína (disposición tridimensional del conjunto de todos los átomos de la cadena). Es una estructura compacta que proporciona a la proteína una forma globular definida llamada conformación nativa. FIBROSAS Tienen una función estructural y de mantenimiento de la forma celular: Citoesqueleto: actina, vimentina, espectrina Matriz extracelular: colágeno Estructuras corporales: queratina, fibroína Estructuras de movilidad: actina, miosina Presentan exclusivamente estructura primaria y secundaria. Poseen un único tipo de estructura secundaria No tienen función catalítica Forman cilios y flagelos, fibras de contracción muscular, pelo, seda Insolubles en agua No tienen dominios funcionales diferenciados. ALFA QUERATINA→ cadena polipeptídica rica en alanina, leucina, arginina y cisteína, que forma una hélice alfa dextrógira. Dos de estas cadenas polipeptídicas se enrollan entre sí formando una estructura helicoidal levógira llamada hélice superenrollada; estos dímeros de aproximadamente 45 nm de longitud, están unidos por enlaces disulfuro. Los dímeros se alinean para formar un protofilamento. Dos protofilamentos se juntan para formar una protofibrilla y cuatro protofibrillas se polimerizan para formar los filamentos intermedios, que son la subunidad básica de las alfa queratinas. FIBROÍNA → láminas β organizadas de forma antiparalela a la orientación del filamento. Esta característica le otorga resistencia, flexibilidad y poca capacidad de distensión. Esta es la proteína que compone la tela de araña, cuya composición en su mayoría son glicina, serina y alanina. Es poco soluble en agua y debe su gran flexibilidad a la gran rigidez que le otorga la unión de los aa en su estructura primaria y a los puentes de Vader Waals, que se forman entre los grupos secundarios de los aa. AMINOÁCIDOS PRESENTES EN EL COLÁGENO COLÁGENO; BIOSÍNTESIS Y ENSAMBLAJE DEL COLÁGENO El colágeno es una proteína fibrosa que forma el tejido conjuntivo en todos los animales. Está formado por tres cadenas idénticas de aminoácidos, las cuales se unen formando una triple hélice que se estabiliza mediante puentes de hidrógeno y algún enlace covalente entre las cadenas. Finalmente, las moléculas de colágeno se empaquetan formando las fibras del tejido conjuntivo, dando rigidez a la estructura. La información para la síntesis de esta proteína está almacenada en el DNA. Esta información es copiada por el RNA mensajero y llevaba a los ribosomas del citoplasma. Allí se construyen las cadenas de aa. Después de eso, estas cadenas pasan al retículo endoplasmático, donde se unen formando la triple hélice. La triple hélice sale de la célula y, entonces, es empaquetada para formar las fibras del tejido conjuntivo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448945 GLOBULARES Tienen diversas funciones: Actividad catalítica (enzimas) Transducción de señales Factores reguladores de transcripción Bioquímica de los ácidos nucleicos Factores de crecimiento, hormonas, neurotransmisores Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Presentan estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria y/o supersecundaria. Poseen ambos tipos de estructura secundaria en la misma molécula. Son solubles en agua. Tienen dominios funcionales y catalíticos diferenciados. Una proteína globular puede tener distintos tipos de estructuras secundarias. Según el porcentaje de cada tipo de estructura secundaria podemos distinguir: ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LA MIOGLOBINA Proteína globular localizada preferentemente en músculo. Tiene una parte proteico y una parte no proteica, un grupo prostético que es un grupo HEMO B (compuesto por una parte inorgánica formado por átomos de Fe2+ y otra parte orgánica formada por 4 anillos pirrólicos unidos por puentes metenos). Tiene una cadena polipeptídica de 153 aa, un 75% de estructura secundaria en α- hélice organizada en 8 segmentos. Tiene 5 segmentos no helicoidales de unión y otros dos más en los extremos Nt y Ct. El grupo HemoB está colocado en un bolsillo hidrofóbico que forman los segmentos E y F. Esto permite que el Fe2+ permanezca en estado reducido y no se pase al estado inactivo y no funcional de la enzima que se denomina Metamioglobina. Algunas funciones son: - Almacenamiento del O2 en el músculo, además de la difusión de éste en el tejido muscular en condiciones de gran esfuerzo, ya que aumenta la solubilidad efectiva del O2 en las células musculares. - La mioglobina acepta el O2 que proviene de la hemoglobina de la sangre arterial en los capilares, y en condiciones de gran esfuerzo se lo cede a las mitocondrias musculares. INTERACCIONES QUE MANTIENEN LA ESTRUCTURA TERCIARIA EXAMEN 4 tipos: - Interacciones hidrofóbicas - Enlaces/ puentes de hidrógeno - Puentes salinos - Puentes disulfuro entre dos cisteínas (enlace covalente) HIDROFOBICIDAD DE LOS AMINOÁCIDOS Los aminoácidos hidrofóbicos son un tipo de aa que se caracteriza por tener una cadena lateral hidrofóbica, lo que significa que son repelidos por el agua. Esta propiedad los hace importante para la formación y estabilidad de las estructuras proteicas, ya que tienden a agruparse en el núcleo de las proteínas lejos del ambiente acuoso. Los aminoácidos hidrofóbicos juegan un papel crucial en el plegamiento y la estabilidad de las proteínas porque tienden a formar el núcleo hidrofóbico de la proteína lejos del entorno acuoso. Este núcleo hidrofóbico es fundamental para estabilizar la estructura de la proteína y protegerla de la desnaturalización. La hidrofobicidad de los aa se mide utilizando escalas de hidrofobicidad, que asignan un valor numérico a cada aa en función de su hidrofobicidad. RECICLA. Únete al #MovimientoCircular ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS... Banco de apuntes de la a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448945 DESNATURALIZACIÓN DE LA RIBONUCLEASA. EXPERIMENTO DE ANFINSEN La desnaturalización de las proteínas es la pérdida de estructura tridimensional suficiente para originar la pérdida de función. Desplegar una proteína implica romper las uniones moleculares para provocar la pérdida de la estructura natural de la proteína (desnaturalización) y de sus propiedades biológicas. Anfisen lo hizo mezclando mercaptoetanol y urea, y la proteína pasó de ser una compleja figura tridimensional a una larga cadena estirada. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Cuando se restauraban las condiciones ambientales, la proteína volvía a su forma nativa y recuperaba el 100% su actividad. La renaturalización es la recuperación de la estructura nativa y la actividad biológica al regresar a las condiciones en las que la conformación nativa es estable. Mercaptoetanol→ elimina/ rompe los puentes disulfuro Urea→ elimina/rompe interacciones hidrofóbicas En el primer experimento de Anfinsen, tenemos una ribonucleasa nativa a la que se añade la urea 8M y el mercaptoetanol, dando como resultado así la ribonucleasa desnaturalizada y reducida. En el experimento 2, a la ribonucleasa reducida y desnaturalizada se le elimina por diálisis la urea y el mercaptoetanol, dando como resultado grupos sulfhidrilos oxidados por el aire en la ribonucleasa reducida. En el experimento 3, se produce una reoxidación de los puentes disulfuro de urea 8M, de la que se obtiene una forma denominada ribonucleasa revuelta que contiene el 1% de la actividad enzimática. En el experimento 4, a partir de la ribonucleasa revuelta se puede obtener la nativa mediante eliminación de urea por diálisis y adición de trazas de mercaptoetanol. POSTULADO DE ANFISEN (1973) Toda la información necesaria para conseguir la conformación nativa de una proteína en un ambiente determinado se halla contenida en su secuencia aminoacídica. La estructura nativa de una proteína es termodinámicamente estable y representa un mínimo en la energía libre de Gibbs. PLEGAMIENTO DE PROTEÍNAS Las proteínas se pliegan en sus conformaciones nativas por medio de vías dirigidas. Según se pliega la estabilidad conformacional de una proteína aumenta (su energía libre disminuye), lo que hace del plegamiento un proceso unidireccional. Las proteínas se pliegan a medida que se sintetizan. El plegamiento proteico comienza con la formación de segmentos locales de estructura secundaria (hélice α y hoja β). Las proteínas se pliegan de manera jerárquica, con la formación y posterior unión de elementos locales pequeños de la estructura para generar elementos más grandes, que se unen con otros similares para generar elementos aún más grandes y así sucesivamente. DIAGRAMA ENERGÍA-ENTROPÍA PARA EL PLEGAMIENTO PROTEICO El plegamiento es un proceso cooperativo con elementos pequeños que aceleran la formación de estructuras adicionales. Una proteína plegada pasa de un estado de energía y entropía altas hacia otro de energía y entropía bajas. Embudo de plegamiento. Las proteínas se pliegan a medida que se sintetizan. Una proteína desnaturalizada que renaturaliza no puede imitar el plegamiento de una proteína in vivo. Las chaperonas moleculares son proteínas esenciales que se unen a las cadenas polipeptídicas parcialmente plegadas o desplegadas para impedir la asociación inapropiada de segmentos hidrófobos expuestos que podrían producir un plegamiento no nativo o la agregación y precipitación del polipéptido. También inducen a las proteínas mal plegadas a volver a plegarse en sus conformaciones nativas. CHAPERONAS Las chaperonas moleculares son un grupo de proteínas que asisten en el plegamiento de macromoléculas o en el ensamblaje de grandes complejos macromoleculares. Se describieron primero como proteínas de choque térmico porque aumenta su síntesis con temperatura elevada, que provoca la desnaturalización de proteínas por calor. Están presentes en RECICLA. Únete al #MovimientoCircular a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448945 todas las células (eucariotas y procariotas). La expresión de algunas chaperonas se incrementa con el incremento de la temperatura ambiente, por eso fueron llamadas HEAT-SHOCK PROTEINS (HBS- proteínas de choque térmico). Hay distintos tipos de chaperonas moleculares: Las pequeñas proteínas de choque térmico que unen proteínas plegadas. HSP 70: implicadas en el plegamiento de proteínas y translación de proteínas a través de membranas. HSP 60: implicadas en el plegamiento y replegamiento de nuevas proteínas. HSP 90: implicadas en la señalización tales como receptor de esteroides o proteínas quinasas. HSP 100: implicadas en el desplegamiento, desagregación y desamblaje de complejos proteicos. Las chaperonas son unas proteínas especiales que intervienen en el plegamiento adecuado de otras proteínas, evitando que se produzca un plegamiento o agregación inadecuados. GroES es una anillo de 7 subunidades y el GroEL son dos anillos de 7 subunidades en cuyo centro hay una cavidad abierta que puede taparse con GroES. Estas cavidades son como refugios, donde las proteínas se incuban hasta conseguir su plegado correcto. ENFERMEDADES CAUSADAS POR EL PLEGAMIENTO INCORRECTO DE LAS PROTEÍNAS - Encefalopatía espongiforme (ECJ): depósitos de proteína priónica (208 aminoácidos) - Enfermedad de Alzheimer: depósitos de proteína amiloide β Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.