Semana 2 Proteínas - Bioquímica - USMP 2024-2 PDF

UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN DE PORRES FILIAL SUR PERIODO 2024-2  BIOQUÍMICA Biol. Mg. Mauricio Martínez Salazar [email protected] UNIDAD I: PROTEÍNAS SEMANA 2: Proteínas El enlace peptídico implica a los grupos amino...

UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN DE PORRES FILIAL SUR PERIODO 2024-2  BIOQUÍMICA Biol. Mg. Mauricio Martínez Salazar [email protected] UNIDAD I: PROTEÍNAS SEMANA 2: Proteínas El enlace peptídico implica a los grupos amino y carboxilo de cada aminoácido, y que éstos están unidos a su vez al mismo átomo de carbono (Cα), el esqueleto de la cadena polipeptídica es una sucesión monótona de estos tres tipos de enlace: α α α α Las cadenas laterales o grupos R de los distintos restos aminoácidos, que no están implicadas en el enlace peptídico, surgen lateralmente a uno y otro lado de este esqueleto monótono ESTRUCTURA SECUNDARIA La estructura secundaria de una proteína es el modo característico de plegarse la misma a lo largo de un eje. El análisis de la estructura secundaria de las proteínas fibrosas fue abordado inicialmente mediante la técnica de difracción de rayos X. Proteínas de origen animal muy abundantes: las queratinas y los colágenos. Ambas son proteínas insolubles que desempeñan importantes funciones de tipo estructural en los animales superiores. Los modelos encontrados fueron denominados respectivamente hélice α (que es la estructura secundaria de las α-queratinas) y conformación β (que es la estructura secundaria de las β- queratinas). Con posterioridad se descubrió la estructura secundaria del colágeno, la cual se denominó hélice del colágeno. Hélice-α El esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra arrollado de manera compacta alrededor del eje longitudinal de la molécula, y los grupos R de los distintos restos aminoácidos sobresalen de esta estructura helicoidal, que tiene forma de escalera de caracol. Cada giro de la hélice abarca 3,6 residuos aminoácidos, ocupando unos 0,56 nm del eje longitudinal. El rasgo más sobresaliente de esta estructura es que todos los grupos peptídicos de los diferentes restos aminoácidos quedan enfrentados en la relación geométrica adecuada para formar puentes de hidrógeno entre sí. Estos puentes se establecen entre el oxígeno del grupo carboxilo de cada residuo aminoácido y el hidrógeno del grupo amino que se encuentra cuatro residuos más allá en dirección carboxi-terminal (algo más de una vuelta completa de hélice). Cada vuelta sucesiva de la hélice α se mantiene unida a las vueltas adyacentes mediante varios puentes de hidrógeno intracatenarios. Conformación β También llamada hoja plegada, el esqueleto de la cadena polipeptídica se dispone en zig-zag con los grupos R de los distintos aminoácidos proyectándose alternativamente a uno y otro lado de dicho esqueleto. Los grupos peptídicos de los diferentes restos aminoácidos establecen puentes de hidrógeno con los de las cadenas vecinas (puentes de hidrógeno intercatenarios). Cada zig-zag representa 0,70 nm de longitud de la cadena. La hélice-α y la conformación β son las estructuras secundarias más frecuentes no sólo en la proteínas fibrosas sino en todo tipo de proteínas ESTRUCTURA TERCIARIA Proteínas globulares cuyas cadenas polipeptídicas se hallan plegadas de un modo complejo formando arrollamientos globulares compactos que tienden a adoptar una forma aproximadamente esférica. La proteínas globulares son generalmente solubles en agua y desempeñan un gran número de funciones biológicas (por ejemplo los enzimas son proteínas globulares). La primera proteína cuya estructura terciaria fue conocida fue la mioglobina (una proteína que transporta oxígeno en el músculo). La molécula es muy compacta, sin apenas espacio para moléculas de agua en su interior. Los grupos R de residuos aminoácidos con carácter polar o iónico se proyectan hacia la periferia de la molécula, mientras que los de carácter no polar se encuentran enterrados en el interior de la misma, aislados del contacto con el agua. Hidrofóbicas al interior Hidrofílicas al exterior La estructura se encuentra estabilizada por diferentes tipos de interacciones débiles entre los grupos R de diferentes aminoácidos; a) La cadena polipeptídica está plegada de un modo muy compacto, sin apenas espacio para moléculas de agua en el interior del plegamiento. b) Existen tramos rectilíneos que presentan estructura secundaria en hélice-α o en conformación β. Fuerzas intramoleculares que tienden a estabilizar la estructura terciaria a) Enlaces covalentes (puentes disulfuro entre los grupos - SH de los restos de cisteína). b) Interacciones débiles entre los grupos R de distintos aminoácidos que ocupan posiciones muy distantes a lo largo de la cadena polipeptídica: puentes de hidrógeno interacciones iónicas fuerzas de Van der Waals) Al igual que sucede con la estructura secundaria, la estructura primaria determina la estructura terciaria de las proteínas globulares. ESTRUCTURA CUATERNARIA Existen proteínas que están formadas por varias cadenas polipeptídicas: son las llamadas proteínas oligoméricas. En ellas, la proteína completa (oligómero) está formada por un número variable de subunidades o protómeros. Los oligómeros pueden ser dímeros, trímeros, tetrámeros, pentámeros, hexámeros...., según estén formados por 2, 3, 4, 5, 6.... protómeros. Los oligómeros más frecuentes están formados por un número par de cadenas polipeptídicas. La primera proteína cuya estructura cuaternaria fue conocida fue la hemoglobina humana (la proteína encargada de transportar el oxígeno en la sangre). Es la estructura primaria de las distintas subunidades la que determina la estructura cuaternaria de una proteína oligomérica. Como conclusión podemos afirmar que la secuencia de aminoácidos (estructura primaria) contiene la información necesaria y suficiente para determinar la conformación tridimensional de una proteína a sus diferentes niveles de complejidad (estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria). PROTEÍNAS. RELACIÓN ESTRUCTURA-FUNCIÓN Entre las funciones de las proteínas cabe destacar las siguientes: catalíticas, estructurales, de transporte, nutrientes y de reserva, contráctiles o mótiles, de defensa, reguladoras del metabolismo, y otras muchas que determinadas proteínas desempeñan en organismos concretos. Para que una proteína desempeñe su función biológica debe permanecer intacta su conformación tridimensional nativa. Si se pierde dicha conformación, y por lo tanto se altera la estructura del centro activo, ya no habrá acoplamiento entre proteína y ligando (no se "reconocerán") y la interacción entre ambos, de la que depende la función, ya no tendrá lugar. DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Se entiende por desnaturalización de una proteína la pérdida de la conformación tridimensional nativa de la misma, pérdida que suele ir acompañada de un descenso en la solubilidad (las cadenas polipeptídicas de la proteína desnaturalizada se agregan unas a otras y forman un precipitado que se separa de la disolución). Durante el proceso de desnaturalización se rompen las interacciones débiles que mantienen estable la conformación pero se mantienen los enlaces covalentes del esqueleto polipeptídico, es decir, se pierden las estructuras secundaria, terciaria y, en su caso, cuaternaria, pero permanece intacta la secuencia de aminoácidos. Aminoácidos Hidrofílicos Desnaturalización Agregación Aminoácidos Hidrofóbicos Proteínas en su Proteínas Proteínas agregadas estado natural Desnaturalizadas (huevo cocido) La desnaturalización puede ser provocada por diferentes causas o agentes desnaturalizantes de tipo físico o químico. Destacaremos dos de ellos: uno físico (aumento de temperatura) y otro químico (alteración del pH). a) Aumento de temperatura.- Los aumentos de temperatura provocan una mayor agitación molecular que hace que las interacciones débiles que mantienen estable la conformación de la proteína terminen por ceder con la consiguiente desnaturalización. b) Alteración del pH.- Estas alteraciones causan variación en el grado de ionización de distintos grupos funcionales (carboxilo, amino, hidroxilo, etc.) implicados en interacciones débiles que estabilizan la conformación. Estas variaciones provocan la rotura de dichas interacciones (sobre todo enlaces iónicos y también puentes de hidrógeno) y por lo tanto la desnaturalización (debido a ello son tan importantes los tampones que mantienen estable el pH de los fluidos biológicos). El proceso de renaturalización conlleva una recuperación de la función biológica de la proteína (que se había perdido durante la desnaturalización), lo cual constituye una prueba irrefutable de la singular relación existente entre la secuencia de aminoácidos, la conformación tridimensional, y la función biológica de una proteína: La secuencia de aminoácidos, que es lo único que permanece al final del proceso de desnaturalización, contiene la información suficiente para que se recupere la conformación tridimensional, y con ella la función biológica, en el proceso de renaturalización.