Curso Herramientas Informáticas para el análisis estructural de

Análisis de proteínas
Curso: Herramientas informáticas para el análisis estructural de ácidos nucleicos y proteínas 2004
¿Qué determina su estructura?
• Composición de las proteínas
Las proteínas son polímeros de aminoácidos que se unen
mediante una unión peptídica
Todos los aminoácidos tienen un grupo amino (NH3), un grupo
carboxilo (COOH) y un grupo lateral variable (R). Los
aminoácidos se unen entre sí mediante unión peptídico entre el
carboxilo y amino de aminoácidos adyacentes. El grupo lateral
variable es el que determina las características fisico-químicas
del aminoácido y el ángulo del enlace peptídico, y por lo tanto
también el plegado de la proteína.
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Tipos de aminoácidos
Dependiendo de su carga electrostática final, los aminoácidos pueden clasificarse en polares, no polares o
cargados. Los polares y los cargados se encuentran normalmente en la superficie de las proteínas, e
interaccionan con el medio. Los aminoácidos no polares se encuentran generalmente en el interior de las
proteínas, donde pueden jugar un rol importante en su actividad.
Hidrofóbicos
<>
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La estructura primaria determina todos los niveles superiores de
estructura
La cadena polipeptídica se pliega según un determinado patrón para dar una
estructura tridimensional particular.
estructura primaria : esructura química, número y secuencia de aminoácidos
estructura secundaria : plegado producido por las uniones puente de hidrógeno entre los
grupos carboxilo e imida de la parte troncal de los aminoácidos.
estructura terciaria: Una organización de estr. secundarias ligadas por fragmentos más
“libres” de la cadena estabilizados principalmente por interacciones entre las cadenas laterales,
por ejemplo por puentes disulfuro
estructura cuaternaria : El agregado de varias cadenas polipeptídicas para formar una
proteína funcional.
Cuando se desnaturaliza una proteína in vitro, ésta puede volver a adquirir
su forma original o nativa cuando las condiciones de la solución en la que
se encuentra se llevan a las que tenía la proteína nativa originalmente.
Esto indica que toda la información necesaria para el plegado de la proteína
está contenida en su estructura primaria, su secuencia de aminoácidos.
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Homología
Existe un número prácticamente infinito de posibles estructuras primarias.
Por ejemplo:
¿Cuántos polipéptidos de 200 aminoácidos diferentes puede haber? :
20020
Este número tan grande (mucho mayor si consideramos que existen
polipéptidos de más de 1000 residuos), nos permite arribar a 2
conclusiones
1.
Sólo una fracción de los posibles polipéptidos existe(o ha existido) en
la naturaleza.
2.
Es altamente improbable que dos proteínas con una estructura primaria
similar hayan aparecido independientemente. Dichas similitudes
entonces, indican que lo más probable es que deriven de un antecsor
común: son homólogas
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La estructura tridimensional de las proteínas está generalmente más
conservada que la estructura primaria
La estructura tridimensional es estabilizada por múltiples interacciones específicas
entre los diferentes grupos químicos presentes
Diferencias entre proteínas homólogas: generalmente se observa la aparición de
aminoácidos similares en las mismas posiciones
En consecuencia, las proteínas homologas tienen estructuras tridimensionales
similares.
De la misma manera, secuencias nucleotídicas diferentes pueden codificar para
secuencias de aminoácidos similares.
La escala relativa de conservación es la siguiente:
genes < estr primaria de proteinas < estr tridimensional de
proteinas
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Estructura secundaria
Las proteínas no se pliegan al azar. Las estructuras básicas que
forman son las láminas beta (beta sheets), y las hélices alfa.
Las hélices alfa son muy flexibles y estables, y por lo tanto están
generalmente asociadas a regiones de las proteínas que necesitan
movilidad.
Representación de tipos de hélices
(de izq a der: modelo estilizado,
esquema de hélice alfa, hélice 3.1
y hélice pi
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En las láminas beta están involucradas dos o más hebras de
aminoácidos, que se apilan para formar una estructura plegada
(estabilizada mediante puentes de hidrógeno). Esta estructura tiende
a ser rígida, menos flexible que las hélices alfa.
Thioredoxina
Ejemplos de hebras
que forman láminas
paralelas (izquierda) y
antiparalelas (derecha)
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Uno de los aminoácidos más importantes es la cisteína, pues
es el único que contiene grupos sulfuro. Estos grupos
interaccionan entre sí formando enlaces sulfhidrilo que unen
cisteínas vecinas, acercando las cadenas entre sí. Los giros o
vueltas (turns) están usualmente relacionados a los
aminoácidos prolina y glicina, pequeños y muy frecuentes.
Conociendo la geometría espacial que adoptan los
aminoácidos de una región es posible determinar la
posible estructura secundaria de una proteína.
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Predicción de la estructura y función de macromoléculas por
comparación con otras previamente caracterizadas
• por homología
Cuando dos proteínas tienen una identidad mayor al 25-30%, existe una
similitud estructural
• Estadística
Se basa en la “preferencia”de determinados aminoácidos por formar parte de
una estructura determinada (método de Chou & Fasman (1978).
• estereoquímica
Se basa en las propiedades químicas de los aminoácidos. Se utiliza para
predecir regiones hidrofóbicas, o regiones transmembrana (ej: método de Kyte
& Doolittle (1982))
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Programa Prosite
Este programa permite realizar predicciones acerca de la función de
proteínas desconocidas traducidas de secuencias de ADN..
Se basa en la identificación de residuos asociados a una determinada
estructura o función, denominados motivos conservados (motifs), patrones
(patterns), firmas (signature) o huellas (fingerprints).
Contiene una base de datos de sitios y patrones de relevancia biológica
ordenados de manera tal que es posible identificar su presencia en una
secuencia incógnita
El programa Prosite integra los datos de varias bases de datos
relacionadas.
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Motivos y dominios
Los motivos (o patrones) y los dominios surgen del
alineamiento de secuencias de proteínas relacionadas, en
donde se detectan las regiones más conservadas y se
relacionan con una determinada característica. En general se
denominan motivos cuando esas regiones son cortas, y
dominios a las regiones más extensas.
Existen muchas bases de datos que contienen secuencias
relacionadas a determinadas funciones, a las que en general se
denomina familias de proteínas. A partir de estas familias se
deducen las regiones asociadas a cada función.
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El InterProScan
hace una búsqueda
integrada en
muchas bases de
datos incluyendo en
Prosite y otras
bases de datos de
de motivos,
dominios,
fingerprints, etc
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