Estructura de proteínas
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Estructura de proteínas diversidad química de las cadenas laterales de los aa diversidad funcional Reconocimiento de ligandos Elementos estructurales catalisis Para que la cadena polipeptidica funcione como proteína, tiene que plegarse interacc aa-aa vs aa-H2O Las prop. del H2O tienen importantes efectos sobre la estabilidad Estabilización por interacciones no-covalentes débiles: ptes. de H, ptes salinos, V. der W., interacc. electrostáticas Los aa pueden cambiar su pKa según el entorno HIS y CIS: suelen participar activamente en la funcion Repetición de enlaces peptídicos Patrones regulares: elementos de estructura secundaria que optimizan los ptes de H de los C=O y N-H Los patrones de estructura secundaria pueden caracterizar los plegamientos Clasificación estructural pero no necesariamente funcional Restricciones estéricas Diagrama de Ramachandran Estructura secundaria: Bends (beta turns, reverse turns or hairpin) permiten limitar el tamaño y mantener una estr. compacta El H2O puede formar ptes de H con esta estructura Mayormente en superficie Estructura Secundaria: hélice alfa Polaridad del enlace peptidico aa polares y no polares distribuidos c/3-4 Hélices anfipáticas Estructura Secundaria: hoja beta plegada Ptes de H entre aa secuencialmente distantes Frequentemente expuestas al solvente Acompañadas de beta-turns También puede ser anfipáticas Barriles beta Retinol binding protein Frequentemente en el interior Menos estables Necesariamente discontinuas, conectadas por αhelices Período: 6.5 A Preferencias conformacionales de los aa Cadenas laterales largas Cadenas laterales con ramificacion en C beta turns La formación de los elem. de estructura secundaria es conducida por ef. hidrofóbico de aa no-polares. No son estables en H2O aislados (sí en membranas) Estructuras terciarias Conexiones entre elementos de estructura secundaria Sitios convenientes de unión a ligandos y reconocimiento con otras proteinas Frequentemente en la superficie Aceptan mutaciones: evolucion de nuevas funciones Estructura terciaria: generación de una compleja superficie topográfica que permite la interacción específica con otras moleculas Mismos elem. de estr. secundaria pero distinta estr. terciaria Estructura terciaria: topología y cargas complementarias (sitios de reconocimiento en regiones de unión de elem. de estr. secundaria) H2O unida: parte importante de la estructura Enlaces covalentes estabilizan la estructura terciaria ptes. S-S coordinación por metales cofactores organometalicos glicosilación Estructura terciaria: estabilización por empaquetamiento eficiente de los atomos en el interior (OJO: no perfecto!) Existencia de cavidades Motivos estructurales Dominios: regiones estructurales compactas generalmente constituidas por un único segmento de secuencia y suficiente estabilidad para existir por sí mismo en solución Solucion a un único problema: cómo plegar la cadena polipeptidica tal de maximizar la exposición al solvente de los grupos hidrofílicos y minimizar la de los grupos hidrofóbicos?? Dominios: las proteinas multidominios probablemente evolucionaron por fusión de genes que codifican distintas proteinas El número de plegamientos de proteínas es limitado: estructuras modulares Cada dominio posee su propia función bioquímica y la función de la proteína es la suma de ellos Clasificación estructural de proteínas permite inserciones y deleciones en loops: embellecimiento Estructura cuaternaria Alfa globina Hemoglobina Beta globina Las superficies son irregulares: el ajuste entre superficies depende de la forma y complementaridad de residuos Relación Estructura-Función Paradigma: una secuencia – una estructura- una función Teoría “Llave-cerradura” E. Fischer, 1894 Estado nativo Relacion estructura-función Mioglobina: MB + O2 MBO2 UPPS! O2 ? Superficies y cavidades Superficie (amarillo) Surcos (fucsia) Los surcos conducen a cavidades... Proteinas como castillos muralla patio Puente levadizo foso Unión de la proteina G al receptor Unión de la proteina G al receptor Existe una primera asociacion en el “vestibulo” a 15 Å del sitio activo. La subsequente llegada al sitio activo requiere la deformacion de la proteina y el pasaje de la droga por un fino canal Relación Estructura-Función Teoría del Ajuste inducido D. Koshland, 1958 Relación Estructura Función Diversidad Conformacional en el estado nativo Fred Karush, 1950 Monod, Wyman and Changeux, 1965 Estabilidad de las proteínas: Interacciones débiles y flexibilidad La contribución entalpica es baja: aa-H2O vs aa-aa La ganancia de entropía del H2O es la fuerza impulsora del efecto hidrofóbico pero la entropía de la proteína disminuye A pesar de los varios cientos de interacc. débiles, el ∆G neto es 21-42 kJ/mol, solo 10 veces la energia termica La estructura nativa es solo marginalmente estable en H2O a temperatura ambiente El estado nativo de la proteina es un compromiso termodinamico La perdida de una sola interaccion por mutacion puede acercar la differencia de energia libre al valor de la energía termica Eficacia de desnaturalizantes como urea, detergentes, SDS Estabilidad de las proteínas: Interacciones débiles y flexibilidad Plegamiento rígido → conjunto de conformaciones en equilibrio: Multiplicidad conformacional Actividades enzimáticas in vitro → rol de la promiscuidad en la evolucion
