Bioquímica Proteïnes T3 - PDF

T3: PROTEÏNES 1.AMINOÀCIDS Compostos orgànics de baixa massa molecular solubles en aigua formats per un grup funcional àcid carboxílic, un grup funcional amino i posseeixen una cadena lateral R de naturalesa variada, que diferencia uns aminoàcids d'altres. La cadena R diferencia als AA pot ser aromà...

T3: PROTEÏNES 1.AMINOÀCIDS Compostos orgànics de baixa massa molecular solubles en aigua formats per un grup funcional àcid carboxílic, un grup funcional amino i posseeixen una cadena lateral R de naturalesa variada, que diferencia uns aminoàcids d'altres. La cadena R diferencia als AA pot ser aromàtica (benceno-anill) o anifàtica (lineal). Les proteïnes estan compostes de 20 aminoàcids diferents. Excepció: Prolina, posseïx una estructura cíclica i un gr amina secundari. Funció: estructural i altres. Aprender abreviaturas i nombres Els aa estrictament hidrofòbics són: Gly, Ala, Val, Leu, lie, Pro, Phe, Trp y Met. Cadenes alifàtiques (lineals) : Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, y Met Pro: estructura cíclica rígida amb un gr amino secundari, forma una espècie de “colze” en formar l'enllaç peptídic que li confereix un paper especial en la formació de l'estructura secundària. Gly: té un sol H com a cadena lateral que imposa poques restriccions “ésteriques” (= d'espai) quan estableix enllaços peptídics en la formació de proteïnes. Es un aa que se sol trobar en els “girs” i és molt abundant en les cadenes altament empaquetades de les proteïnes fibroses, ocupa poc en qualsevol estructura de la cadena. Met: (conté sofre) és totalment apolar i és l’aa iniciador de la síntesi de proteïnes. Anells aromàtics: Phe i Trp: presenten anells aromàtics en la estructura (estructures cícliques amb 6C i dobles enllaços alterns) que tenen la capacitat d'absorbir llum ultraviolada a 280nm (les prot. que els conté tmb). Els aa que contenen sofre són Cys i Met. La Cys posseeix un grup sulfhidril molt reactiu. La seua principal característica és la formació de ponts disulfur entre dos Cys, un enllaç covalent apolar. I la Met conté sofre, és totalment apolar i és l’aa iniciador de la síntesi de proteïnes. Els aa polars sense càrrega són la Ser, Thr, Tyr, Asn y Gln. La Ser, Thr i Tyr tenen un gr hidroxil, en concret, la Tyr té caràcter aromàtic i la Ser és un dels aa fonamentals en la catàlisi enzimàtica. D’altra banda, la Asn i Gln caracteritzen per la presència d'un gr amida (amb nitrogen) que els confereix la seua reactivitat. Els aa polars carregats a pH fisiològic són: Asp, Glu, Arg, Lys, His. La Glu i Asp estàn carregats negativament (acídics), ja que posseeixen un gr carboxil que es troba ionitzat en la seua forma aniònica a pH fisiològic (—COO-)(es disocien). Pel contrari, la Arg, Lys i His estàn carregats positivament. La Arg i Lys tenen gr funcionals amb caràcter bàsic que els permet captar protons del mig adquirint càrrega positiva, trobant-se ionitzats a pH fisiològic (es disocien). En canvi la His conté un gr imidazol i només estarà carregada en un cert % de molècules a aquest pH. Altres exemples d’aa són alguns que no formen part de proteïnes o altres son modificats una vegada incorporats a les proteïnes Pregunta examen: este aa es polar? apolar? Reconócelo i de qué tipo es. Aa essencials: aa que no podem sintetitzar i són necessaris adquirir-los mitjançant la dieta. Són leucina, isoleucina, valina, metionina, lisina, fenilalanina, triptòfan, treonina i (histidina). Són essencials depenent de la resta de components de l’alimentació, axí que realment se consideren semiesencials: Histidina i Arginina. 1.1.Isomeria Els aa tenen un C asimètric (excepte Gly), per tant, tindrán els seus enantiòmers L i D. El C alfa dels aa és un C quiral i es pot presentar l’enantiómer, però l’enantiòmer amb el gr amino a l’esquerra es l’important, ja que és el que forma les proteïnes. 1.2. Funcions dels aa 1.Estructural -> formant proteïnes. 2.Intermediaris de rutes metabòliques -> Ex: citrul·lina i ornitina en el cicle de la urea. 3.Precursors de biomolècules -> Ex: l'aminoàcid tirosina és precursor de dopamina, adrenalina i noradrenalina, la descarboxilació del glutamat produix GABA (àcid ϒ-aminobutíric) important neurotrasmisor inhibitori i el neurotrasmisor dopamina es produix a partir de l´aminoàcid tirosina. 1.3. Enllaç peptídic Dos aa es poden unir covalentment (en els ribosomes) i formar un enllaç amida substituït, que s’anomena enllaç peptídic. És una reacció catalitzada enzimàticament on reaccionen el gr carboxil d'un aa amb el gr amino de l'altre aa, amb pèrdua d’una molècula d'aigua. L’enllaç peptídic és pla i rígid, és a dir, els 6 àtoms implicats en l´enllaç peptídic (Cα de aa1, grup CO de aa1, grup NH de aa2 i Cα de aa2) se situen en un mateix pla = pla de l'amida. Dos plans de l'amida contigus poden girar al voltant dels enllaços Cα-C y N-Cα. El gir no és totalment lliure perquè la cadena lateral unida al Cα dificulta la rotació. Les cadenes peptídiques adquireixen l’estructura d’uns plans successius que poden prendre diversos angles entre sí i de la qual ixen lateralment els grups químics de cada aa.  El C alfa pot girar un poc, però el pla es manté rígid. Quan es forma l’enllaç, les dos cadenes laterals poden quedar ambdues a un mateix costat o una a cada costat: -Configuració Cis: àtoms H i O en el mateix costat. -Configuració Trans: àtoms H i O en costats oposats. Les molècules tenen una tridimensionalitat, per tant, un nombre qualsevol d’aa es poden encadenar mitjançant successius enllaços peptídics. Ex: la unió de 3 aa mitjançant 2 enllaços peptídics per formar un tripèptid. La unió similar d'un gran nombre d'aminoàcids forma polipèptids, que es diuen proteïnes quan són prou grans i tenen una estructura tridimensional definida. Les cadenes polipeptídiques tenen direccionalitat: 1r el gr carboxil a l’esquerra i el gr amino a la dreta. 1r el gr amino a l’esquerra i el gr carboxil a la dreta. En la representació de pèptids i proteïnes, per conveni es representa a l'esquerra el residu amino lliure (amino terminal o N- terminal) i a la dreta el residu carboxil lliure (carboxil terminal). 2.NIVELLS D'ORGANITZACIÓ PROTEICS 2.1. Estructura primària Seqüència de L-aa units que formen una cadena polipeptídica lineal des de l'extrem amino terminal fins al carboxil terminal. La seqüència ve determinada pel codi genètic i està conservada intraespècie encara que pot ser que no interespècie. L'ordre dels aa determinarà l'estructura 3D de la proteïna i la seua funció. 2.2.Estructura secundària Plegament de la cadena polipeptídica en estructures periòdiques: hèlix α i full plegat β. Recordatori: enllaç per pte H -> enllaç entre un H unit a un àtom més electronegatiu (habitualment N i O), que a causa de la seua càrrega parcialment positiva és atret per un altre àtom electronega u present en una molècula diferent. Hèlix α: estructura helicoïdal amb enrotllament dextrogir on cada gir inclou 3,6 aa. Els grups N-H i C=0 permeten que es formen enllaços d'hidrogen cada 4 aa que estabilitzen l´hèlix. Les cadenes laterals situades cap a l'exterior entre el O del carbonil i el H del amino. L'estructura del col·lagen: estabilitzada per forces de repulsió (ptes H) que estabilitzen les hebres amb una seqüència repetitiva: Gly-X-Y. Una cadena alfa no té un gir d’hèlix, sinò que la hidroxiprolina fa que abulte molt i no es puga plegar ni fer un gir tan important. Full plegat β o làmina β: composta per dues o més cadenes β (5-10 aa), l'esquelet polipeptídic es troba estès, en comptes de retorçat sobre si mateix en forma d'hèlix. Les cadenes beta s'uneixen formant làmines β que queden estabilitzades mitjançant ptes H entre els grups C=O (carbonil) i N-H (amina) pertanyents als enllaços peptídics. L'esquelet en una làmina β és bàsicament en un mateix pla i mateixa inclinació del qual emergeixen cap a ambdós costats les cadenes laterals dels residus d'aminoàcids. Les làmines β poden ser intra- o intercatenaris. Girs β: estructura secundària que permet un canvi de direcció de 180º de la cadena polipeptídica que estàn estabilitzats per un enllaç pte H entre el gr carboxil de l'aa1 i el gr amino de l'aa4. Permet que les cadenes queden paral·leles o antiparal·leles, formant-se un bucle gran. 2.3. Estructura terciària Resultat de la interacció entre els grups R de la cadena polipeptídica que permet l'adquisició d'una correcta estructura 3D essencial per a la seua funció. Per a que les prot. siguen funcionals, solen tindre una estructura terciària i estàn implicades reaccions entre els gr laterals dels aa. Adquireixen una correcta estructura tridimensional. TIPUS D'INTERACCIONS ENTRE LES CADENES LATERALS a) Interaccions no covalents Interaccions hidrofòbiques -> presència d’anells aromàtics que són hidròfobs, fugen de lH2O aproximant-se unas als altres. FVW -> proximitat de gr similars. Interaccions electrostàtiques -> aa carregat + i aa carregat -. Ptes H b) Interaccions covalents Unió d'elements metàl·lics Ponts disulfur Fosforilació: Ser, Thr o Tyr Glicosilació Motius o estructures supersecundàries: combinacions característiques d'estructures secundàries. Dominis proteics: unitats estructurals que són també unitats de funció. 2.4.Estructura quaternària Proteïnes que consten de dues o més subunitats (cadenes polipeptídiques amb la seua pròpia estructura terciària, iguals o diferents) necessàries per a realitzar la funció. Les diferents cadenes polipeptídiques s'uneixen entre si pel tipus d'unions abans descrites. FACTORS QUE AFECTEN LA CONFORMACIÓ La pèrdua de la conformació nativa de la proteïna s’anomena desnaturalització. Els factors que causen desnaturalització són: Tª, alteracions del pH, [ ] de sals o altres factors ambientals. Si es restableixen les condicions, la proteïna pot sofrir renaturalització. IMPORTÀNCIA DE L'ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL: CAS DELS PRIONS Prions: proteïnes amb un plegament incorrecte que alteren altres proteïnes normals i les converteixen en priòniques que es comporta com agent infecciós. Responsables de les encefalopa es espongiformes. Prió normal (PrPc): tres hèlix alfa i dos làmines beta. Prió alterat (PRPsc): dos hèlix alfa i tres làmines beta. XAPERONES MOLECULARS: EL «REFUGI» DE LES PROTEÏNES Xaperones moleculars: Ajuden al plegament correcte de proteïnes. S'uneixen i estabilitzen proteïnes parcialment plegades o mal plegades protegint-les dels enzims proteolítics i redirigint-les a la ruta de plegament normal. Algunes xaperones “marquen” les proteïnes desnaturalitzades específicament per a la seua degradació. 2.5.La forma de les proteïnes Proteïnes globulars (esferoproteïnes): No formen agregats. Les conformacions principals de l'esquelet peptídic inclouen l'hèlix α, les làmines β i els girs. Aquestes proteïnes tenen funció metabòlica (catàlisi, transport, regulació, protecció…). Aquestes funcions requereixen solubilitat en la sang i en altres medis aquosos de cèl·lules i teixits. Són més solubles, no formen agregats, poden ser transportades per líquids. Ex: hemoglobina i els enzims. Proteïnes fibroses (escleroproteïnes): Insolubles en aigua i formen estructures allargades. S'agreguen fortament formant fibres o làmines. La major part tenen un paper estructural i/o mecànic. Tendeixen a formar estructures d'alta regularitat. Triple hèlix. Ex: la queratina i el col·lagen. 3.COMPOSICIÓ PROTEÏNES Proteïnes simples: formades només per aa que formen cadenes peptídiques. Proteïnes conjugades: formades per aminoàcids + un compost no pep dic. En aquestes proteïnes, la porció polipeptídica s’anomena apoproteïna i la part no proteica s’anomena grup prostètic. Nucleoproteïnes: Complexos estables amb àcids nucleics Intervenen en regulació, síntesi i degradació d´àcids nucleics. Glicoproteïnes: Proteïna + Glúcid (glucosilació). Flavoproteïnes: Proteïna + FAD o FMN Enzims que catalitzen reaccions redox. Hemoproteïnes: Proteïna + grup hemo Ex. Hemoglobina, mioglobina, catalases... 4.FUNCIÓ PROTEÏNES 5.PROTEINES PLASMÁTIQUES Les funcions generals de les proteïnes del plasma: 1. Manteniment de la pressió osmòtica de la sang, (princi palmente l'albúmina) ja que roman en l'espai plasmàtic i impedix la pèrdua de líquid cap als teixits. 2. Transport de substàncies insolubles en aigua, com àc. grassos o hormones esteroides. 3. Manteniment de l'equilibri àcid-base. 4. Reserva circulant d’aa per a les cèls, sobretot l'albúmina. 5. Hemostasia, ja que en el plasma es troben nombrosos factors relacionats amb la coagulació i la fibrinolisis. 6. Defensa, en la qual intervenen les Ig, factors del complement o la proteïna C reactiva. 7. Inhibidors de proteases. 5.1.CONCENTRACIÓ TOTAL PROTEÏNES: DETERMINACIÓ Determinació de la [ ] total de proteïnes (espectrofotometria). [ ] total de proteïnes en el plasma és de 66 - 87 g/L encara que lleugerament segons l'edat i mètode utilitzat. Els mètodes més habituals: -Mètode de Biuret, el més empleat per a determinar la concentració de proteïnes totals en sèrum. Este mètode colorimètric es basa en la reacció dels ions de coure amb els enllaços peptídics de les proteïnes, que donen un compost de color blau- violat que absorbix a 570 nm. -Mètode de Lowry es basa en la reducció de l'àcid fosfotúngstico-fosfomolíbdico pel triptòfan i la tirosina, que produïx un color blau. La intensitat del color depén del contingut d'estos aminoàcids, que és molt diferent entre les diverses proteïnes, com l'albúmina i les globulines. -Mètode de Bradford és un mètode molt sensible basat en la unió del colorant blau de Coomassie a les proteïnes i s'obté un complex amb color. 5.2.CONCENTRACIÓ TOTAL PROTEÏNES: SIGNIFICAT Causes de canvis en la [ ] total de proteïnes: variació de la composició aquosa del plasma i modificacions en la [ ] de les proteïnes més abundants, principalment albúmina i immunoglobulines. Són més freqüents els casos de hipoproteinèmia que de hiperproteinèmia. HIPOPROTEINÈMIA L’hipoproteinèmia es pot produir per: -una síntesi menor Estat nutricional: per a la síntesi adequada de proteïnes plasmàtiques cal la suficient aportació d’aa en la dieta. Per això, els estats de desnutrició o malabsorción intestinal provoquen hipoproteinèmia. Hepatopatias greus: el fetge és el principal òrgan de síntesi de proteïnes plasmàtiques. La immunodeficiència greu, pel descens en la síntesi d'immunoglobulines. -pèrdues excessives Descens de la funció renal poden perdre's grans quantitats de proteïnes per orina. Cremades extenses produïxen unes elevades pèrdues de proteïnes. -augment del volum sanguini (hemodilució): degut, per exemple, a una retenció de líquids. HIPERPROTEINÈMIA L'hiperproteinèmia es pot produir per: -una alteració de la síntesi: elevació d’Ig en algunes malalties (mieloma múltiple). -hemoconcentració: descens del volum plàsmic (deshidratació) provoca una situació d'hemoconcentració, hiperproteinèmia amb elevació de la [ ] de totes les proteïnes en la mateixa proporció. Deshidratació: consum menor o a un augment de la pèrdua de líquids, com en situacions de diarrea greu, vòmits greus, malaltia d'Addison o diabetis. 5.3.SEPARACIÓ DE LES PROTEÏNES PLASMÀTIQUES: PROTEINOGRAMA Les proteïnes sèriques se separen per la seua diferent càrrega elèctrica en l’electroforesi en acetat de cel.lulosa o agarosa en medi alcalí o per mitjà d'electroforesi capil·lar. Es tinyen per mitjà de blau brillante de Coomassie. Després del tenyiment s'inspecciona visualment el suport i es realitza semiquantificació de les bandes i així s'obté el perfil del proteinograma, cinc bandes principals (fraccions): -albúmina se situa en l'extrem anòdic (+). -seguida per les fraccions. d'alfa1-globulines alfa2-globulines beta-globulines Gammaglobulina 5.4.CONCENTRACIÓ PROTEÏNES INDIVIDUALS: ALBÚMINA Proteïna + abundant del plasma (40 -60% del total) responsable del manteniment de la pressió osmòtica (oncòtica). Una altra funció és la de transport degut a la seua elevada [ ] i per la gran quantitat de càrregues negatives que posseïx (àc grassos, fàrmacs, vitamines, calci i bilirubina). També transporta diversas hormonas, como T4, T3, cortisol o aldosterona. Per tant, els canvis de la [ ] plasmática d'albúmina modifiquen la [ ] d'estes substàncies que transporta. Té un pes molecular de 68,5 kDa i gran quantitat de càrregues negatives en la seua molècula. No conté apenes hidrats de carboni. Vida mitjana de 21 dies. Presenta +20 variants genètiques. Es metabolitza en molts teixits en què les cèls la capten per pinocitosis i l'hidrolitzen aprofitant els seus aa-> dipòsit mòbil d’aa. El catabolsime augmenta en processos traumàtics, en infeccions i en intervencions quirúrgiques. HIPOALBUMINÈMIA Molt més freqüent que l'hiperalbuminèmia (causa més freqüent de la qual és la deshidratació)- Causada per: -causes fisiológiques: embaràs -> augmenta volum circulant -> hemodilució. -causes patológiques: 1. Menor síntesi: malnutrició , baixa aportació d'aminoàcids que provoca una disminució de la síntesi d'albúmina. -> la seua determinació s'utilitza ben sovint en el seguiment de l'estat nutricional del pacient. I malalties hepàtiques per la disminució de la capacitat sintètica del fetge. 2. Pèrdues, tal com ocorre en les alteracions renals o enteropaties, que poden causar una hipoalbuminèmia molt greu. 5.5. PROTEÏNES DE FASE AGUDA Davant d'una lesió de divers tipus, mecànic, físic, químic, biològic o tumoral, s'activa una resposta defensiva de l'organisme. Les prot. reactants de fase aguda són inespecífiques, s'associen amb moltes malalties. S'eleva després d'infart agut de miocardi, traumatisme, infecció, inflamació, cirurgia o neoplàsia. Reacció de fase aguda: conjunt d'alteracions que es produïxen com a conseqüència d'este alliberament dels mediadors inflamatoris. Les prot. reactants de fase aguda modifiquen la seua [ ] en sang com a resposta a l'estimulació de la síntesi hepàtica por certes citocines i el factor de necrosi tumoral alliberats durant el procés inflamatori. Incrementen la seua concentració: prot. C reactiva, entre altres. Disminuïxen la seua [ ], principalment, l’albúmina, transferrina, i altres. S'alteren proporcions entre globulines i albumina, açò fa que les hematies sedimenten -> quan hi ha una reacció de fase aguda, augmenta vel de sedimentació eritrocitaria. PROTEÏNA C-REACTIVA Pentàmer en forma d'anell, prot. no glucosilada de 118 kDa, sintetitzada en el fetge. S’uneix fortament al polisacàrid C de la paret cel·lular del Streptococcus pneumoniae. La seua determinació no és específica d'una malaltia, però recolza el diagnòstic dels processos inflamatoris. És un paràmetre molt sensible per a diagnosticar malalties intestinals inflamatòries, detectar infeccions i rebutjos en transplants i en el seguiment post-operatori. És interessant la determinació seriada de la seua [ ] ja que els nivells i el temps que es mantinga elevada reflectixen la gravetat del procés que la va originar i la seua evolució. És molt útil per a diferenciar en una meningitis l'origen bacterià del víric: si la causa és bacteriana, la [ ] de la proteïna C reactiva estarà molt elevada ja a les 6 - 8 h d'haver-se iniciat la infecció. Varios mètodes analítics amb tècniques d'inmunoassaigs (AC contra la prot.).