BQ. - TEMA 4

AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS
1. Son las macromoléculas biológicas
más abundantes
2. Se encuentran en todas las células y
en todas partes dentro de las células
3. Existen miles de diferentes tipos y
tamaños de proteínas
4. Exhiben una gran cantidad
diversidad de funciones
de
Funciones
Desempeñan papeles claves en casi todos los procesos biológicos:
•
•
•
•
•
•
•
catálisis enzimática
transporte y almacenamiento (de iones y sust. pequeñas, ej. hemoglobina)
movimiento coordinado (contracción muscular, mov. cromosómico, de
esperma)
soporte mecánico (ej. colágeno)
protección inmune (anticuerpos)
generación y transmisión de impulsos nerviosos (receptores: responsables
de la transmisión de los impulsos en las sinapsis)
control del crecimiento y la diferenciación (control secuencial de la
expresión: represores)
Cada organismo puede construir con esta
base de 20 aa diferentes proteínas
(aminoácidos proteinogénicos)
Enzimas
venenos
Hormonas
colágeno
Anticuerpos
receptores
Transportadores
hemoglobina
(piel, huesos)
Proteínas de leche
Queratina
lana, uñas
(cuernos,
escamas,
pelos,
Aminoácidos
•
Cada ser vivo sintetiza sus propias proteínas a partir de los aa.
•
Las plantas superiores sintetizan a su vez todos los aa necesarios, en tanto
que los animales no tienen esa capacidad. Cada animal puede sintetizar
sólo algunos de los que necesita, y el resto que son necesarios para formar
sus proteínas debe incorporarlos de la dieta. Estos se denominan
esenciales (no son los únicos necesarios sino que son los que deben estar
incluídos en la dieta).
Para los humanos son ocho (fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina,
metionina, treonina, triptofano y valina). Otros dos, arginina e histidina,
se sintetizan en forma insuficiente en determinadas etapas. Por ejemplo la
histidina es esencial durante el crecimiento pero no para el adulto.
Composición
•
Todas las proteínas contiene C, H, O y N, y casi todas poseen además S.
•
El contenido de N representa ~ el 16 % de la masa total de la molécula →
c / 6,25 g proteína hay 1 g de N. Este factor de 6,25 se utiliza para estimar
la cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición
del N de la misma.
•
Son polímeros de alto peso molecular. Están formadas por unidades
estructurales básicas llamadas aminoácidos (aa).
Unidades estructurales básicas de las proteínas
α- aminoácidos
•un grupo amino (-NH2)
•un grupo carboxilo (-COOH)
•un átomo de H
• un grupo distintivo R (cadena lateral)
unidos al átomo de carbono α
Isomería
Excepto para glicina, donde R = H, los aa tienen las 4
valencias del Cα saturadas por grupos diferentes, C
asimétrico o quiral.
El agrupamiento tetraédrico de 4 átomos diferentes
alrededor del C confiere actividad óptica a los aa →
las 2 formas especulares se llaman isómero L y D.
Solamente los aa L son constituyentes de las
proteínas.
Isómeros: compuestos diferentes con igual fórmula
molecular (número y clase de átomos pero unidos de
forma diferente).
Algunos aa naturales tienen más de un C asimétrico, por
lo tanto pueden existir más de 2 estereoisóimeros, por
ej. Treonina, la isoleucina y la cistina (Unión de 2
cisteínas)
•Las proteínas de todos los seres
vivientes
están
constituidas
20
aminoácidos unidos covalentemente en
diferentes combinaciones y secuencias.
•Debido a que cada uno de estos aa posee
una cadena lateral diferente, con diferentes
propiedades químicas, este grupo de 20
moléculas pueden ser consideradas como el
ALFABETO con el que se ESCRIBE el
lenguaje de las proteínas.
•Gracias a esta variedad las células
pueden
producir
proteínas
con
propiedades físicas y funcionales
totalmente diferentes
AMINOÁCIDOS APOLARES
AMINOÁCIDOS POLARES NO CARGADOS
Tirosina (Tyr)
AMINOÁCIDOS CARGADOS
AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS NO POLARES
Prolina
(Iminoácido)
AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS
NO POLAR
POLAR
NO POLAR
POLARES NO CARGADOS
POLARES CARGADOS
POLARES CARGADOS
Aminoácidos modificados
Se encuentran de forma poco frecuente en las proteínas).
Se producen por modificación enzimática después de que los aminoácidos
precursores se han insertado en la cadena polipeptídica.
• Fosfoserína
• 4-hidroxiprolina
• δ-hidroxilisina
Colágeno
•N-metil-lisina
Miosina
• Ac. γ carboxiglutamina
Protrombina
Aminoácidos no proteicos
Se conocen unos 150 aminoácidos que se encuentran en distintas
células y tejidos en forma libre o combinada, pero nunca en las
proteínas. Derivan de los α-aa y se conocen con el nombre de beta-aa,
gamma-aa y delta-aa. Ácido-gamma-aminobutírico (GABA), que es un
neurotransmisor, Algunos aa no proteicos están en conformación D (acdo
D-glutámico), que se encuentra en la pared celular de muchas bacterias,
etc…)
PROPIEDADES ÁCIDO-BASE de los aminoácidos
Todos los aminoácidos poseen un grupo ácido y
grupo básico ionizables (que desaparecerán cuando
polimericen para formar proteínas)
Algunos aminoácidos tienen una
cadena lateral ionizable (que NO desaparecerán
cuando polimericen para formar proteínas)
Las curvas de titulación de los aminoácidos ayudan
a comprender su carga en función del pH
El punto isoeléctrico se localiza entre los dos pKas
que delimitan la zona de pH en que predomina la
especie neutra
Los aa a pH neutro son IONES DIPOLARES
Forma no disociada
o no ionizada
Forma dipolar iónica
o zwetterion o ion
híbrido
El estado de ionización depende del pH
En disolución ACIDA el grupo carboxilo no está inoizado (COOH)
aa con carga +
En disolución ALCALINA el grupo amino no está ionizado (NH2)
aa con carga -
Aa = iones dipolares
?
Aa ? casi siempre se encuentran disociados, con cargas positivas y
negativas sobre la misma molécula.
El grupo carboxilo se comporta como ácido o dador de protones:
-COOH ? COO- + H+
?
Carácter
anfótero
El grupo amino se comporta como base o aceptor de protones:
-NH2 + H+ ? -NH3+
?
?
En sn. ácida fuerte capta un ión H a nivel del carboxilo ? se comporta
como una base ? se convierte en un catión.
?
En sn. alcalina fuerte los hidroxilos reaccionan con -NH3+ para formar agua.
Carboxilo ? se comporta como ácido ? se convierte en un anión.
CURVAS DE TITULACIÓN
Capacidad de
tamponamiento
PUNTO ISOELÉCTRICO
Capacidad de
tamponamiento
Curva de Valoración de la Glicina
H2N-CHR-COO9.6
5.97
H3+N-CHR-COO-ÅÆ H2N-CHR-COO-
H3+N-CHR-COO-
2.34 H3+N-CHR-COOH ÅÆ H3+N-CHR-COO-
H3+N-CHR-COOH
www.um.es/.../Quimica/Practica01/Practica01.htm
Curva de Valoración de la Histidina (aa básico)
Curva de Valoración del ácido glutámico (aa ácido)
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS
1.- LIGADAS AL GRUPO –COOH
1.1.- ESTERIFICACIÓN
1.2.- FORMACIÓN DE AMIDAS
1.3.- REDUCCIÓN A ALCOHOL PRIMARIO
2.- LIGADAS AL GRUPO R
2.1.- FORMACIÓN DE PUENTES DISULFURO
3.- LIGADAS AL GRUPO –NH2
3.1.- REACCIÓN CON NINHIDRINA
3.2.- REACCIÓN CON FLUORESCAMINA
3.3.- REACCIÓN DE SANGER Y EDMAN
3.4.- REACCIÓN CON CLORURO DE DANSILO
3.5.- REACCIÓN CON CLORURO DE DABSILO
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS
1.- LIGADAS AL GRUPO –COOH
1.- Formación ésteres
Reacciones de los
aminoácidos
Esteres metílicos y etílicos
Esteres bencílicos
Se utiliza como método para
proteger el grupo –COOH de los
aminoácidos en la síntesis química
de los péptidos
Formación de amidas
CH2 CH
COO
NH3
Fenil alanina
Suspensión del alcohol
con HCl anhidro del
aminoácido.
CH3OH
HCl
CH2 CH
CO OCH3
NH3
90%
Cl
Reacciones de los
aminoácidos
1.- Formación ésteres
Esteres metílicos y etílicos
Alcohol bencílico con
bencenosulfonato o
tosilato como
catalizador.
Esteres bencílicos
Formación de amidas
CH 2 OH
SO3 H
Se utiliza como método para
proteger el grupo –COOH de los
aminoácidos en la síntesis química
de los péptidos
H3N CH2 COO
Glicina
SO3 H3N CH2 CO O CH2
90%
Reacciones de los
aminoácidos
Preferentemente en
medio básico y con
cloruros de ácido.
Esteres metílicos y etílicos
Por ejemplo cloruro de
benzoilo y sosa
concentrada en agua.
Esteres bencílicos
Formación de amidas
2.- Formación amidas
H3N CH COO
CH3 CH
COCl
CH3
4ºC
HO
2h
H2O
CO HN CH COO
CH 3 CH
Valina
CO HN CH COOH
CH 3 CH
CH 3
HCl
CH3
Reacciones de los
aminoácidos
Esteres metílicos y etílicos
Esteres bencílicos
2.- Formación amidas
También por reacción
con anhídrido acético
Formación de amidas
H 3N
CH3
CH COO
CH 2
NH
N
Histidina
CH3
C O C CH3
O
O
100ºC
2h
C HN CH COOH
CH2
O
NH
80%
N
3.- Reducción a alcohol primario
Reducción con borohidruro de litio
COOH
Después
BH4Li de la hidrólisis
BH 4Li
Se separa el amino-alcohol en medio
básico (los demás ionizados y él no)
BH4Li
CH2OH
R
NH2
C
H
Amino alcohol
2.- LIGADAS AL GRUPO R
1.- Formación del puente disulfuro
3.- LIGADAS AL GRUPO –NH2
1.Reacción con la ninhidrina
Tiene como objetivo detectar y cuantificar cantidades de aminoácidos
libres. Los aminoácidos, en general reaccionan con la ninhidrina (hidrato
de hicelohidrindeno) cuando son calentados con un exceso de la misma.
Todos los aminoácidos que poseen un grupo amino libre reaccionan
y forman dióxido de carbono, amoníaco y un aldehído que contiene
un átomo de carbono menos que el compuesto original. Esta reacción
da lugar a la formación de un producto color azul o púrpura (que
posteriormente puede ser utilizado para cuantificar el aminoácido). En el
caso de la prolina, que estructuralmente no posee el grupo amino libre,
sino un grupo imino, la coloración final es amarilla. El amoníaco, la
mayoría de los polipéptidos y las proteínas pueden desarrollar coloración
en esta reacción, pero a diferencia de los aminoácidos, no liberan CO2.
Recuerde que la coloración azulada o violeta será proporcional a la
concentración del aminoácido
3.- LIGADAS AL GRUPO –NH2
1.Reacción con la ninhidrina
La ninhidrina (hidrato de tricetohidrindeno) reacciona con
aminoácidos que tengan el grupo amino libre, dando lugar a la
formación de amoniaco y anhídrido carbónico, con reducción del
reactivo (ninhidrina) a hidrindantina. La hidrindantina reacciona a su
vez con el amoniaco y otra molécula de ninhidrina para dar un
compuesto de adición doble que presenta una coloración azulpúrpura, con la excepción de la prolina e hidroxiprolina que dan una
coloración amarillenta
1.Reacción con la ninhidrina
2.Reacción con la fluorescamina (producto fluorescente)
La fluorescamina reacciona rápidamente con los a.a.
proporcionando una gran sensibilidad al formar un derivado
altamente fluorescente, que permite la detección de a.a. del orden
de nanogramos.
3.Reacción con reactivo de Sanger
Se forman derivados 2,4 –dinitrofenilados.
Dichos compuestos son de color amarillo.
Reactivos para identificar NH2 terminales
2,4-dinitrofluorbenceno
FDNB
Después de la hidrólisis
NO2
NO2
F
Amarillo, se extrae con cloroformo
(los demás productos de hidrólisis
ionizados no se extraen)
N
O
S Cl
O
COOH
R
NH
C
H
2,4 dinitrofenilaminoácido
DNS-Cl
Este método es más sensible que el anterior y es
alrededor de 100 veces más sensible que el de
Sanger
Después de la hidrólisis CH3
CH 3
CH 3
NO2
NO2
4.Reacción con cloruro de dansilo
Cloruro de dimetilaminonaftalen-5-sulfonilo
Cloruro de dansilo
Sanger
CH 3
Análogo a FDNB pero fluorescente
(detecta cantidades mínimas)
COOH
N
O
S
O
R C
H
NH
PROPIEDADES ESPECTRALES DE LOS AMINOÁCIDOS
PROPIEDADES ESPECTRALES DE LOS AMINOÁCIDOS
1.- ENANTIÓMEROS O ESTEREOISÓMEROS
Formas D- y L. Depende de la presencia de carbonos quirales o
asimétricos
2.- DIASTEREOISÓMEROS
Cuando existe más de 1 carbono asimétrico. Aparecen las
formas alo- (Thr e Ile) y meso- (cistina)
Histidina
Estructura resonante
TAUTÓMERO A
TAUTÓMERO C
FORMA ÁCIDA
PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS AMINOÁCIDOS
Se obtiene luz polarizada en un plano haciendo pasar luz blanca a través de un filtro
polarizador. Si el plano de la luz polarizada pasa a través de una sustancia y rota en
un ángulo llamado a , se dice que esta sustancia es ópticamente activa. Si el plano de
la luz polarizada rota hacia la izquierda, este compuesto se designa como
levorrotatorio (-). Si el plano rota hacia la derecha, el compuesto es
dextrorrotatorio (+)
Como el ángulo a obtenido en el polarímetro depende, además de la naturaleza del
compuesto, de la concentración de la muestra y del paso de luz, se ha definido la
rotación específica ([a ]D25) que permite caracterizar al compuesto.
Rotación
específica
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE AMINOÁCIDOS
1.- Técnicas cromatográficas
1.1.- Cromatografía de partición
1.2.- Cromatografía de intercambio iónico
1.3.- Cromatografía líquida de alta presión
2.- Técnicas electroforéticas
3.- Técnicas de identificación
Reacciones químicas que forman complejos coloreados o fluorescentes.
1.- Técnicas cromatográficas
Cromatografía de partición o de reparto
Base del coeficiente
de reparto
En papel
Definición de
Rf (Prácticas)
Fase móvil
Fase estacionaria
En columna
Definición de
coeficiente de
reparto
1.- Técnicas cromatográficas
Cromatografía de partición o de reparto
1.- Técnicas cromatográficas
Cromatografía de partición o de reparto
Cromatografía de Intercambio iónico
Las moléculas se separan en función basándose en las diferencias de comportamiento ácido-base. La columna
se llena con una resina que contiene grupos cargados fijos. Existen de 2 tipos: 1.- Intercambio catiónico,
2.- intercambio aniónico. Se le añade una disolución ácida de aa (carga neta +). Los aminoácidos básicos se
Unirán a la resina por fuerzas electrostáticas y los más ácidos se unirán menos. Se eluirán de forma distinta.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Intercambio iónico
-
+
-
+
+
-
+
+
+
+
-
Proteínas adsorbidas
al intercambiador
iónico
+
+
--
-
+
-
- -
A baja concentración
de sal, se desprenden
las proteínas menos
electronegativas
+
+
+
+
+
+
+
+
- - - - - - - -
A mayor concentración
de sal se desprenden
las proteínas más
electronegativas
Cromatografía líquida de alta presión (HPLC)
Gases
disueltos
Desgasificador
de disolventes
Precolumna
Jeringa o válvula
para la muestra
Introducción
de la muestra
Espacio térmico
Abastecimiento
de disolvente
Filtro
Medidor
de presión
Bomba
Válvula de
seguridad y purga Descarga
Columna analítica
Lectura
Amplificador
Recolección
o descarga
En la HPLC el compuesto pasa por la columna cromatogràfica a través de la fase
estacionaria (normalmente, un cilindro con pequeñas partículas redondeadas con ciertas
características químicas en su superficie) mediante el bombeo de líquido (fase móvil) a alta
presión a través de la columna. La muestra a analizar es introducida en pequeñas
cantidades y sus componentes se retrasan diferencialmente dependiendo de las
interacciones químicas o físicas con la fase estacionaria a medida que adelantan por la
columna. El grado de retención de los componentes de la muestra depende de la naturaleza
del compuesto, de la composición de la fase estacionaria y de la fase móvil
1.- Cromatografía de fase normal Esta técnica utiliza una fase estacionaria polar y una fase
móvil apolar, y se utiliza cuando el compuesto de interés es bastante polar. El compuesto
polar se asocia y es retenido por la fase estacionaria. La fuerza de adsorción aumenta a
medida que aumenta la polaridad del compuesto y la interacción entre el compuesto polar y
la fase estacionaria polar (en comparación a la fase móvil) aumenta el tiempo de retención.
2.- Cromatografía de fase reversa. Consiste en una fase inmóvil apolar y una fase móvil
de polaridad moderada. Una de las fases estacionarias más comunes de este tipo de
cromatografía es la silica tratada con RMe2SiCl, dónde la R es una cadena alquil tal
como C18H37 ó C8H17. El tiempo de retención es mayor para las moléculas de
naturaleza apolar, mientras que las moléculas de carácter polar eluyen más
rápidamente.
3.- Cromatografía de exclusión molecular. La cromatografía de exclusión molecular,
también conocida como cromatografía por filtración en gel, separa las partículas de la
muestra en función de su tamaño. Generalmente se trata de una cromatografía de baja
resolución de forma que se suele utilizar en los pasos finales del proceso de purificación.
También es muy útil para la determinación de la estructura terciaria y la estructura
cuaternaria de las proteínas purificadas.
4.- Cromatografía de intercambio iónico En la cromatografía de intercambio iónico, la
retención se basa en la atracción electrostática entre los iones en solución y las cargas
inmovilizadas a la fase estacionaria. Los iones de la misma carga son excluidos mientras
que los de carga opuesta son retenidos por la columna. Algunos tipos de
intercambiadores iónicos son: i) Resinas de poliestireno, ii) intercambiadores iónicos de
celulosa y dextranos (geles) y iii) Silica porosa o vidrio de tamaño de poro controlado.
5.- Cromatografía basada en bioafinidad
Este tipo de cromatografía se basa en la capacidad de las sustancias biológicamente
activas de formar complejos estables, específicos y reversibles. La formación de estos
complejos implica la participación de fuerzas moleculares como las interacciones de Van
der Waals, interacciones electrostáticas, interacciones dipolo-dipolo, interacciones
hidrofóbicas y puentes de hidrógeno entre las partículas de la muestra y la fase
estacionaria.
2.- Técnicas electroforéticas
SEPARACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UNA MEZCLA
Separa los diferentes elementos que componen una mezcla compleja
en función de la carga eléctrica de los mismos VELOCIDAD DE LAS PARTICULAS
Depende de ...
La carga de las mismas La intensidad del campo eléctrico y Del coeficiente de fricción de las moléculas con el medio 2.- Técnicas electroforéticas
FUNDAMENTO DE LAS SEPARACIONES ELECTROFORETICAS La velocidad de migración de un ion, v, en centímetros por segundo, en el seno de un campo eléctrico, es igual al producto de la intensidad del campo eléctrico E (V cm‐1) por la movilidad electroforética µe (cm2V‐1s‐1 ), esto es:
v = µeE
La movilidad electroforética es directamente proporcional a la carga eléctrica del analito e inversamente proporcional a los factores de retardo por rozamiento. El campo eléctrico actúa solamente sobre los iones. Si dos especies difieren bien en la carga o en las fuerzas de rozamiento, se moverán a través del tampón y se separan. Las especies neutras no se separan
2.- Técnicas electroforéticas
Representación
simplificada de la
separación
electroforética de la
alanina, lisina y ácido
aspártico a pH = 6.
La lisina catiónica es
atraída hacia el
cátodo, el ácido
aspártico aniónico es
atraído hacia el
ánodo y la alanina se
encuentra en su
punto isoeléctrico,
por lo que no se
mueve
2.- Técnicas electroforéticas
ENLACE PEPTÍDICO
Estas subunidades unidas por
ENLACE
AMIDA
o
ENLACE
PEPTÍDICO proveen la estructura
de las proteínas
ENLACE PEPTÍDICO
CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO
caract de doble enlace
dipolo eléctrico
posición trans
Los 6 átomos están en el mismo plano
ESTRUCTURA DEL ENLACE PEPTÍDICO
El enlace peptídico tiene algunas propiedades muy
importantes para la estructura de las proteínas
• Más rígido y corto que un enlace C-N simple
• Los átomos que participan (O, C, N, H) son coplanares
• El grupo de átomos alrededor del enlace peptídico puede
darse en dos configuraciones posibles: trans y cis
• Caracter parcial de doble enlace:
Se le puede considerar un híbrido de resonancia
No se permite giro alrededor del enlace -C-N-
ESTABILIDAD Y FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO
ΔG=10 KJ/mol
Enlace peptídico
La reacción sin catalizar es muy lenta
EN LA CÉLULA: la formación del enlace peptídico está
acoplado a la hidrólisis de ATP
Aa + tRNA
Aminoacil-tRNA
ATP AMP + PPi
2 Pi
ENLACE PEPTÍDICO
la estabilización por resonancia de una amida da lugar a su gran estabilidad, a la
disminución de basicidad del átomo de nitrógeno y a la rotación restringida
(carácter de doble enlace parcial) del enlace C-N.
En un péptido, el enlace amida se denomina enlace peptídico. Tiene seis átomos
en un plano: el C y el O del carbionilo, el N y su H, y los dos átomos de carbono
asociados.
ENLACE PEPTÍDICO
Este enlace es relativamente rígido y no puede girar
libremente. Dicha propiedad es de suma importancia con
respecto a la conformación tridimensional de las
cadenas polipeptídicas
ENLACE PEPTÍDICO
Podríamos pensar que una proteína puede adoptar miles de
conformaciones debidas al giro libre en torno a los enlaces sencillos. Sin
embargo, en su estado natural sólo adoptan una única conformación
tridimensional que llamamos conformación nativa; que es directamente
responsable de la actividad de la proteína.
Esto hizo pensar que no podía haber giro libre en todos los enlaces; y
efectivamente, mediante difracción de rayos X se vio que el enlace
peptídico era más corto que un enlace sencillo normal, porque tiene un
cierto carácter (60%) de enlace doble, ya que se estabiliza por
resonancia.
Descubrimiento de las Estructuras Polipépt. Regulares
S. XX
1930. Quim. Linus Pauling
Difracción de Rayos X.
De aa. y péptidos
1950´s Principios:
1. La longitud y ángulos de enlace deberían
desviarse lo menos posible de los hallados por
DRX.
2.
Dos
á tomo no pueden
acercarse
uno al otro a
una distancia menor de la
que les permiten sus
radios de Van
der
Waals
.
Enlace peptídico
Plano
Amida
Gpo. péptido trans
3. El
gpo . Amida debe
permanecer en un
plano de
así
conf. Trans ,
es posible la
rotaci ón alrededor de
los 2 enlaces
adya -
centes al C -α de cada
residuo de aa.
4. Es preciso algún tipo de enlace no covalente para estabilizar un plegado regular
ENLACE PEPTÍDICO
Péptidos
?
Polipéptidos: polímeros formados por más de 10 aa unidos por enlaces
peptídicos.
?
Proteína: generalmente polímeros de más de 50 aa (~ 6000 Da = masa
insulina).
?
Por convención se considera al extremo amino libre como el comienzo de la
cadena: extremo amino-terminal o N-terminal. El otro extremo posee el
grupo carboxilo libre unido al C-a: extremo carboxilo-terminal o C-terminal.
?
Los péptidos se nombran de acuerdo al orden de los aa a partir del que
posee el grupo amino libre. Por ejemplo el tetrapéptido ala-lys-tyr-cys se
denomina alanil-lisil-tirosil-cisteína.
Ejemplos
?
hormonas (ej. oxitocina,
oxitocina, vasopresina, calcitonina)
calcitonina)
?
glutatió
glutatión (ácido glutá
glutámicomico-cisteí
cisteínana-glicina: en gló
glóbulos rojos
contribuye a prevenir dañ
daños oxidativos).
oxidativos).
?
encefalinas (sist.
sist. nervioso central)
?
antibió
antibióticos
?
?
toxinas (amanitina
(amanitina))
PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO
Los péptidos se forman por la unión de los aminoácidos
mediante enlaces covalentes de tipo amida llamados
enlaces peptídicos
Enlace peptídico
OLIGOPÉPTIDOS (<20 aa)
POLIPÉPTIDOS (20-50 aa)
PROTEÍNAS (>50 aa)
PÉPTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO
Glutatión (γ-glutamilcistenilglicina). La unión Glu-Cys se da en el
C del Glu. Es un tripéptido muy abundante en la naturaleza que es
sintetizado sistemáticamente por la célula. Es Ubicuo, se encuentra
en diferentes reinos. Tiene diversas funciones:
•Carnosina (ß-alanilhistidina). La unión Ala-His se da en el carbono
beta de la Ala. Es un dipéptido presente en los músculos
esqueléticos.
Tirocidina A Péptido cíclico que contiene aa-D.
TRH Factor liberador tirotrópico Presente en hormonas tiroideas.
Oxitocina Nonapéptido de carácter hormonal implicado en las
contracciones de la musculatura lisa del útero en el momento del
parto y de la salida de la leche en la lactancia.
Vasopresina Nonapéptido de carácter hormonal que se diferencia
en pocos residuos aminoacídicos de la oxitocina. Se encarga de la
constricción de los vasos sanguíneos aumentando la presión
sanguínea.
PÉPTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO DE ORIGEN NO
PROTEÍNICO
L-Leu
Antibiótico
D-Phe
L-Orn
L-Pro
L-Pro
L-Val
D-Phe
L-Orn
L-Leu
Gramicidina S
GLUTATION (γ-glutamil-cisteinil-glicina)
El enlace peptídico
del glutámico es por
el resto gammacarboxilo
PÉPTIDOS NATURALES DE INTERÉS BIOLÓGICO
Hormona humana bradiquinina es un nonapéptido con un
grupo -NH3+ en el extremo N terminal y un -COO- libre en el
extremo C terminal.
La bradiquinina es un potente vasodilatador dependiente del
endotelio, que provoca la contracción de músculo liso no
vascular, aumenta la permeabilidad vascular y también está
relacionado con el mecanismo del dolor.
PÉPTIDOS NATURALES DE INTERÉS BIOLÓGICO
Oxitocina
La oxitocina es
un nonapéptido
con dos residuos
de cisteína (en las
posiciones 1 y 16)
que unen parte
de la molécula
formando un
gran anillo
PÉPTIDOS NATURALES DE INTERÉS BIOLÓGICO
HORMONA
(nonapéptido)
DIFERENCIA CON
OXITOCINA EN 2
AMINOÁCIDOS
VASOPRESINA
PUENTES
DISULFURO cys-cys
SÍNTESIS EN
HIPOTÁLAMO
La vasopresina es secretada desde el lóbulo posterior de la
glándula pituitaria en respuesta a la reducción del volumen de
plasma o en respuesta al aumento de osmolaridad en el
plasma
PROPIEDADES ÁCIDO BASE DE LOS PÉPTIDOS
1.- Todos los aminoácidos poseen un grupo
ácido y grupo básico ionizables (que
desaparecerán cuando polimericen para formar
proteínas)
2.- Algunos aminoácidos tienen una
cadena lateral ionizable (que NO desaparecerán
cuando polimericen para formar proteínas)
El punto isoeléctrico se localiza entre los dos pKas
que delimitan la zona de pH en que predomina la
especie neutra
PROPIEDADES ÁCIDO BASE DE LOS PÉPTIDOS
1.- PUNTO ISOELÉCTRICO
1.1.- SIN CADENAS LATERALES CON
GRUPOS IONIZABLES
1.2.- CON CADENAS LATERALES CON
GRUPOS IONIZABLES
2.- TITULACIÓN
PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS PÉPTIDOS
1.- En los péptidos cortos la actividad óptica total es
una función aditiva de aproximada de las actividades
ópticas de los aminoácidos componentes
2.- En los péptidos largos depende de la estructura
Secundaria que se produzca
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS PÉPTIDOS
1.- REACCIÓN DE LA NINHIDRINA
2.- REACCIÓN DE BIURET: El tratamiento de un péptido
o de una proteína con Cu2+ y álcali produce un complejo
Cu2+-péptido que puede medirse en un espectrofotómetro
REACCIÓN DE LA NINHIDRINA
REACCIÓN DE BIURET
La presencia de proteínas en una mezcla se puede determinar
mediante la reacción del Biuret. El reactivo de Biuret contiene
CuSO4 en solución acuosa alcalina (gracias a la presencia de
NaOH o KOH). La reacción se basa en la formación de un
compuesto de color violeta, debido a la formación de un
complejo de coordinación entre los iones Cu2+ y los pares de
electrones no compartidos del nitrógeno que forma parte de los
enlaces peptídicos.
O C
C O
HN
R CH
NH
Cu2+
HC R
O C
C O
HN
NH
R CH
HC R
Desnaturalización-Hidrólisis
?
Desnaturalización
de
una
proteína:
pérdida
de
la
conformación nativa y de sus
propiedades
originales
(ej.
coagulación por calor de las
proteínas de la clara del huevo).
?
Hidrólisis de una proteína:
escisión
en
aminoácidos
(ruptura de un enlace covalente
por adición de agua).
Desnaturalización de la ribonucleasa: enzima con
puentes disulfuros reducidos y sin actividad
enzimática
HIDRÓLISIS
1.- TOTAL: Los enlaces peptídicos se hidrolizan con
facilidad por calefacción, tanto con un ácido como con
una base.
2.- PARCIAL (ENZIMÁTICA)
HIDRÓLISIS TOTAL
1.- Hidrólisis ácida. Normalmente se utiliza:
HCl 6 N 100-120ºC durante 10-24 h. No produce
racemizaciones de los aminoácidos.
Problemas:
1.- No se recuperan todos los aminoácidos.
a.-Trp se destruye durante el tratamiento
b.- Pérdida de alguna cantidad de Ser y Thr
c.- Los grupos amida de la Asn y Gln experimentan
hidrólisis completa y se convierten en los ácidos
correspondientes Asp y Glu.
HIDRÓLISIS TOTAL
2.- Hidrólisis básica o alcalina. También se pueden
hidrolizar las proteínas con 100ºC con disoluciones
concentradas de NaOH
Problemas
1.- Provoca la destrucción de la cisteína, cistina, Ser y Thr
2.- Se produce racemización de todos los aminoácidos
Ventajas
1.- El Trp no se pierde y es estable en presencia de las
bases.
Este método se utiliza prácticamente para la valoración por
separado del triptófano
HIDRÓLISIS PARCIAL
Es llevado a cabo por las PROTEASAS, enzimas que
hidrolizan el enlace peptídico.
Las peptidasas (antes conocidas como proteasas) son
enzimas que rompen los enlaces peptídicos de las
proteínas. Usan una molécula de agua para hacerlo y por
lo tanto se clasifican como hidrolasas.
HIDRÓLISIS PARCIAL. Tipos
1.- Tripsina: enzima digestivo secretado por el
páncreas al intestino delgado. Cataliza la hidrólisis de
los enlaces peptídicos en que la función carbonilo es
aportada por el resto de Lys o Arg. Es el más
específico
2.- Quimotripsina: Escinde el enlace peptídico de Phe,
Trp o Tyr (aminoácido 1)
3.- Pepsina: Escinde el enlace Phe, Trp, Tyr
(aminoácido 1) y otros varios
4.- Termolisina: Escinde el enlace Leu, Ile, Val
(aminoácido 2). Aa no polares. Ha sido útil para
establecer la secuencia de protaminas con gran
cantidad de Arg y Lys
5.- Bromuro de cianógeno: Escinde Met (aminoácido 1)
HIDRÓLISIS PARCIAL
La tripsina hidroliza por la derecha de Arg , Lys
La quimotripsina hidroliza por la derecha de Phe, Trp, Tyr
La pepsina hidroliza por la izquierda de Phe, Trp, Tyr
La termolisina hidroliza por la izquierda de Val, Leu, Ile
El bromuro de cianógeno (BrCN) hidroliza por la derecha de la Met
HIDRÓLISIS PARCIAL
HIDRÓLISIS PARCIAL
METIONINA
HIDRÓLISIS PARCIAL
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
1.- Técnicas cromatográficas
Base del coeficiente
a.- Cromatografía de partición o de reparto
de reparto
En papel
Definición de
Rf (Prácticas)
Fase móvil
Fase estacionaria
En columna
Definición de
coeficiente de
reparto
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
b.- Cromatografía de intercambio iónico (catiónico y aniónico)
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
c.- Cromatografía de filtración en gel o de exclusión molecular
(Prácticas)
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
d.- Cromatografía de afinidad
1.- Factores de transcripción. Utilizar
secuencias-consenso
2. Anticuerpos. La proteína A o Gagarosa
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
2.- Técnicas electroforéticas
a.- Electroforesis en gel (SDS-PAGE)
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
2.- Técnicas electroforéticas
a.- Electroforesis en gel (SDS-PAGE)
2.- Técnicas electroforéticas
a.- Electroforesis en gel (SDS-PAGE)
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
2.- Técnicas electroforéticas
a.- Electroforesis en gel (SDS-PAGE)
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
2.- Técnicas electroforéticas
b.- isoelectroenfoque
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
2.- Técnicas electroforéticas
c.- electroforesis bidimensional
1.- Primera dimensión: pI
2.- Segunda dimensión: MW
TÉCNICAS PARA EL AISLAMIENTO, SEPARACIÓN E
IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
2.- Técnicas electroforéticas
c.- electroforesis bidimensional
SECUENCIACIÓN
SECUENCIACIÓN
DEGRADACIÓN DE EDMAN
1.- Marcaje del amino terminal con
PITC (Fenilisotiocianato) en medio
alcalino. Se forma el derivado
feniltiocarbamilo
2.- Se hidroliza el enlace peptídico
entre el aminoácido 1 y 2
3.- Se identifica el derivado del
residuo N-terminal por HPLC
Degradación secuencial
Análisis de Péptidos
Degradación de Edman
S
N C
+
H NH CH CO NH CH CO
R1
R2
NH CH COOH
R3
1ª) Adición en medio básico de
isotiocianato de fenilo
H S
N C NH CH CO NH CH CO
2ª) Hidrólisis suave
solo del terminal con
HCl en CH3NO2 ó
Acético
Mejora de este es soportar
mediante el COOH a un
polímero el péptido e ir
degradando secuencialmente
R1
NH CH COOH
R2
+
HOO C O
C
H
CH RR1
CH
1
N S
NH
N
C NH
C
R3
NH2
CH CO
R2
NH CH COOH
R3
Puede repetirse el proceso
con el resto hasta 30 ó más
veces si el péptido es grande
S
Tiohidantoina
feniltiohidantoína
Se separa e identifica
Degradación de
Edman
SECUENCIACIÓN
La secuencia de aminoácidos de una proteína
están determinadas genéticamente:
La secuencia de nucleótidos del DNA codifica una
secuencia complementaria de nucleótidos en el RNA
determina la secuencia de aminoácidos de la proteína
estructura espacial
función
mutaciones
alteraciones genéticas
La secuencia de aminoácidos de una
proteína están determinadas genéticamente
Conformación de las proteínas
Todas las proteínas poseen un estado
NATIVO, una forma tridimiensional
característica
conocida
como
CONFORMACIÓN.
La conformación
se puede
describir en términos de niveles
estructurales
Ordenamiento tridimensional
Estructuras 1ria, 2ria, 3ria y 4ria
CONFORMACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
estructura jerárquica
Estructura
Estructura
Estructura
Estructura
1ria
2ria
3ria
4ria
Secuencia de aa
del esqueleto del
peptídico y S-S
Arreglo /
distribución/ordenamiento
del esqueleto y las
cadenas laterales de la
proteína en el espacio
Describe el ordenamiento
tridimensional de las
proteínas
Estructura 1ria
Se refiere al ordenamietno del
esqueleto covalente de la cadena
polipeptídica,
DADA POR LA SECUENCIA DE aa
Será la que determine el
ordenamiento
tridimensional
que adoptará la proteína
Diferentes
fuerzas intervienen en la
estabilización del esqueleto peptídico para
alcanzar la conformación tridimensional
Puente de hidrógeno
NO COVALENTES
Interaccines hidrofóbicas
Atracción electroestática
COVALENTES
Puentes S-S
Estructuras 2ria, 3ria y 4ria
Diferentes arreglos
espaciales o estructuras 2rias
•
α - hélice (semejante a un cilindro)
•
Hoja β - plegada
•
Turns (γ, β, ω)
•
Random coil (desordenada)
Estructura 3ria
Se refiere al modo en que la cadena
polipeptídica se pliega o se curva para
formar la estructura plegada
o compacta de las proteínas solubles
Fuerzas que intervienen en la estabilización de
la estructura terciaria
Estructura 4ria
Solo la alcanzan las proteínas que poseen
más de una cadena polipeptídica
Pueden intervenir enlaces
covalentes y no covalentes
ESTRUCTURA SECUNDARIA: PROTEÍNAS FIBROSAS
El estudio de las queratinas ha sido especialmente importante al revelar las conformaciones que prevalecen
en las cadenas polipeptídicas de las proteínas nativas:
1.- Hélice-α
2.- Conformación ß
Existen dos tipos:
1.- QUERATINAS: Proteínas insolubles derivadas del ectodermo. Ej: pelo, lana, escamas, plumas,
uñas cuernos y la seda.
1.1.- α-queratinas:
1. Ricas en cisteína
2. Contienen la mayor parte de los aminoácidos corrientes
3.- Se estiran cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Por
ej: el pelo se estira casi al doble cuando se le somete a calor húmedo
Ej: Proteínas duras y quebradizas de los cuernos y las uñas (22% Cys) y las queratinas más blandas y flexibles
de la piel, pelo y lana (10-14% Cys)
1.2.- ß-queratinas
1.- No contienen cisteína
2.- Ricas en aminoácidos con cadenas laterales pequeñas (Glicocola,
Alanina, Serina)
3.- No se estiran
Ej: Fibras hiladas por las arañas y los gusanos de seda y en las escamas , garras y picos de los reptiles y
pájaros
2.- COLÁGENOS
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ANÁLISIS POR RAYOS X DE
LAS QUERATINAS
1.- Ideas generales de difracción de rayos X
2.- William Astbury (1930)
2.1.- El pelo, la lana y ciertas proteínas fibrosas (α-queratinas)
Producen espectros de difracción muy parecidos entre sí
2.2.- Por lo tanto todas ellas deben tener una
PERIODICIDAD PRINCIPAL. También denominada unidad repetida (0,5 a 0,55 nm)
2.3.- Conclusión: Todas ellas se hallan plegadas de modo
regular
2.4.- La fibroína (ß-queratina de las fibras de la seda)
presenta una unidad repetida de 0,7 nm
2.5.- Al estirar la lana y el pelo después de someterlos
A la acción del vapor, la difracción de rayos X es semejante a la periodicidad de
Las ß-queratinas (0,7 nm)
2.6.- Conclusión: La cadenas peptídicas en las α y ß-queratinas
Están plegadas de manera diferente
3.- Linus Pauling y Corey y el descubrimiento de la estructura del enlace
peptídico
ESTRUCTURA SECUNDARIA: HÉLICE-α Y
ESTRUCTURA DE LAS α-QUERATINAS
Características:
1.- 3,6 aminoácidos/vuelta
2.- Los grupos R de los aminoácidos se proyectan
hacia el exterior de la hélice
3.- La unidad repetida 0,54 nm
La elevación por cada resto es de 0,15 nm, que
corresponde con la periodicidad menor observada
en las difracciones de rayos X
4.- Permite la existencia de enlaces de hidrógeno
intracatenarios entre vueltas consecutivas de la
hélice. Los vectores eléctricos de los enlaces
están orientados de modo que proporcionan casi
la máxima fuerza de enlace
5.- Existen distintos tipos de plegamientos
helicoidales
6.- Se puede formar con L o con D-aminoácidos
pero no a partir de una mezcla
7.- Si se parte de aminoácidos L se puede plegar
a derechas y a izquierdas. La dextro es la más
estable.
8.- En las α-queratinas del pelo y de la lana se
arrollan 3 o 7 de estas hélices α unas a alrededor
de las otras, formando cordones de 3 a 7 cabos
que se mantienen unidos por puentes disulfuro
ESTRUCTURA SECUNDARIA: HÉLICE-α Y
ESTRUCTURA DE LAS α-QUERATINAS
ESTRUCTURA SECUNDARIA: HÉLICE-α Y
ESTRUCTURA DE LAS α-QUERATINAS
ESTRUCTURA SECUNDARIA: HÉLICE-α Y
ESTRUCTURA DE LAS α-QUERATINAS
Características:
9.- Aminoácidos formadores y desestabilizadores
de la doble hélice
9.1.- Poli alanina: Los grupos R son
pequeños y sin carga forma espontáneamente
hélices alfa a pH 7
9.2.- Poli lisina: No forma hélice alfa a
pH 7 sino que es irregular. Poseen carga positiva
y se repelen y no puente de H. Pero sí la forma a
pH12, sin carga
9.3.- Ácido poliglutámico: a pH 7 es
totalmente irregular pero a pH 2 sí
10.- La presencia de interacciones debidas a las
cargas no constituye el único factor determinante
de si se puede formar una hélice. Volumen y
tamaño de las cadenas laterales de los
aminoácidos. Ej: poli Isoleucina (Cadenas
laterales muy voluminosas y no forma α-hélice)
11.- Siempre que en la cadena aparece la Pro o
hidroxi-Pro la hélice alfa se interrumpe y se
origina una curvatura (No puentes de H y por los
anillos rígidos de la cadena lateral)
Hélice α
ESTRUCTURA SECUNDARIA: HÉLICE-α Y
ESTRUCTURA DE LAS α-QUERATINAS
ESTRUCTURA SECUNDARIA: HÉLICE-α Y
ESTRUCTURA DE LAS α-QUERATINAS
PROPIEDADES ÓPTICAS DE LA HÉLICE-α
1.- Las proteínas nativas son significativamente más dextrorrotatorias que
la suma de las rotaciones individuales de los aminoácidos (Es máximo en
la forma de alfa-helice). Ej: poli-Glu a pH 2 (hélice-alfa) es -15 º y a pH 7 (al
azar) es -85º
2.- Las proteínas arrolladas al azar presentan una aditividad en el poder
rotatorio.
3.- La capacidad de hacer rotar el plano de la luz polarizada no solo
depende de la presencia de los carbonos asimétricos sino que también
otras formas de asimetría molecular puede tener actividad óptica aunque
no exista ningún C asimétrico
3.1.- Si una molécula puede existir en dos formas diferentes no
superponibles (imágenes especulares) tiene actividad óptica.
3.2.- Una hélice alfa formada por L-aminoácidos, la asimetría total
de la molécula es la suma de la asimetría portada por los carbonos
asimétricos más la contenida por el enrrollamiento alfa-helicoidal, que es
asimétrico, ya que es levo o dextro
Representaciones de Ramachandran
PLEGAMIENTO
1.- Enlace peptídico
2.- Cadenas laterales
Representaciones de Ramachandran
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ß-LÁMINA Y ESTRUCTURA
DE LAS ß-QUERATINAS (Ej: Fibroína de la seda)
Características:
1.- También la difracción por rayos X han determinado su estructura
2.- Cuando las alfa-queratinas se someten a calor húmedo se duplicaba el tamaño y
presentaban otra estructura, debido a rotura de puentes de hidrógeno intracatenarios y el
alargamiento de la hélice-alfa
3.- Adoptan configuración en zig-zag (más extendida que la alfa-hélice)
4.- Las cadenas polipeptídicas paralelas de la conformación ß están dispuestas en láminas
plegadas que se unen unas a otras por puentes de hidrógeno intercatenarios
5.- Los grupos R se hallan por encima o por debajo de los planos en zig-zag de la lámina
plegada.
6.- La fibroína presenta un aminoácido sí y otro no Gly y la mayoría del resto de los
aminoácidos es la alanina (Grupos metilo como cadena lateral). Si fueran con cadena
lateral grande existirían interacciones estéricas.
7.- Existen en dos conformaciones: Paralela y Antiparalela a diferencia de las alfaqueratinas (paralela)
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ß-LÁMINA Y ESTRUCTURA
DE LAS ß-QUERATINAS
Antiparalela
puente de H entre grupos
NH y CO de distintas
cadenas polipeptídicas
Paralela
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ß-LÁMINA Y ESTRUCTURA
DE LAS ß-QUERATINAS
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ß-LÁMINA Y ESTRUCTURA
DE LAS ß-QUERATINAS
Fibroína
Bombyx mori (Gusano de seda)
Grupos metilo
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ß-LÁMINA Y ESTRUCTURA
DE LAS ß-QUERATINAS
Fibroína
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ß-LÁMINA Y ESTRUCTURA
DE LAS ß-QUERATINAS
A.A.
α-Queratina
(lana)
Fibroina
Colágeno
(Seda)
(Tendón de Bovino)
Elastina
(Aorta Porcina)
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
• Principal constituyente del tejido conjuntivo
• Principal proteína estructural del reino animal (presente en
tendones, cartílagos, matriz orgánica de los huesos y córnea del ojo)
• Forma aprox. un 30% de la proteína total del cuerpo
ESTRUCTURA:
•Tiene 3,3 residuos/vuelta (muy extendida):
Gly 33%
Ala 11%
Pro e Hyp 21%
Hidroxi-Lys en menor proporción (lugar de unión a polisacáridos)
• Fragmentos comunes: Gly-Pro-Hyp Gly-X-Pro Gly-X-Hyp
• Hélice simple y única
• Es levógira pero la triple hélice es dextrógira
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
El colágeno es la
principal proteína de la
matriz extracelular y
constituye el 25% de
la masa de proteínas
de un vertebrado. Está
constituido por una
triple hélice ordenada
hacia la izquierda, con
tres residuos
aminoacídicos por
vuelta. Uno de ellos
siempre es glicina y
de los otros dos es
bastante frecuente
que uno sea prolina y
otro hidroxiprolina
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
?
25 % del total de prote ínas en vertebrados (piel,
huesos, cart ílagos, tendones, vasos sangu íneos),
una de las m ás largas que se conocen. Insoluble en
agua y poco digerible; sometido a ebullici ón en agua
? gelatina, soluble y digerible. Existen alrededor de
14 tipos los cuales difieren levemente en su
estructura primaria.
?
Estructura primaria muy regular y peri
ódica: ?
proporció
ó
n
de
glicina
y
prolina,
,
y
de
hidroxiprolina
e
proporci
prolina
hidroxilisina. En vez de h
élice a, su estructura
secundaria es una h élice m ás extendida y enrollada
hacia la izquierda.
?
3 cadenas de alrededor de 1000
aa c/u as í
enrolladas ( triplehé
triplehélice)
lice) ? unidad estructural de
superhélice llamada tropocolágeno. La glicina ocupa
1 de c/3 posiciones: es el
único aa que por su
tamaño puede ubicarse en el interior de esa fibra
helicoidal tan compacta.
?
Fibras de col ágeno: unidades de
tropocolágeno
ubicadas en hileras con igual orientaci ón (extremos
N-terminales para el mismo lado), escalonadas en
un cuarto. Éstas a su vez est án reforzadas por
medio de enlaces cruzados. Se producen a veces
tambié
tropocolá
también uniones entre lisinas de
tropocolágenos
vecinos ? gran resistencia mecá
mecánica.
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
SÍNTESIS COLÁGENO
PROCOLÁGENO PEPTIDASA
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
SÍNTESIS COLÁGENO
Formación de al-lisinas
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
Las cadenas de tropocolágeno aparecen unidas unas a otras
en la microfibrilla mediante:
- Cadena lateral de al-lisina unida a cadena lateral de lisina no
modificada a través de base de Schiff y posterior reducción
- Cadena lateral de al-lisina unida a otra al-lisina a través de
condensación aldólica
- Enlaces de hidrógeno entre el grupo -C=O de la prolina y el
-N-H de la glicina, siempre intercatenarios
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
Hidroxilación de prolina
HO
OH
O
N
C
O
N
C
C O
C O
4-Hidroxiprolina
(mayoritario)
3-Hidroxiprolina
(minoritario)
Enzima: procolágeno:prolina monooxigenasa
(prolil hidroxilasa), requiere ácido ascórbico
La hidroxilación de prolina favorece la formación de enlaces H
entre las cadenas
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
NH3+
Hidroxilación de lisina
CH2
HC OH
CH2
Enzima: Procolágeno:lisina monooxigenasa
(lisil hidroxilasa), requiere ácido ascórbico
CH2
CH
N
C
H
O
5-Hidroxilisina
La lisina hidroxilada es el punto de unión
de oligosacáridos al colágeno
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
Al-Lisina
CHO
CH2
Enzima: lisil aminooxidasa
CH2
CH2
CH
N
C
H
O
Al-Lisina
(Lisina aldehídica)
Forma enlaces cruzados
(entrecruzamientos) covalentes
entre los helicoides del colágeno
Es una reacción de
desaminación oxidativa (El
grupo NH2 se cambia por un
grupo aldehído)
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
Lisina
H
O
H
O
H
O
N
C
N
C
N
C
(CH2)4
(CH2)4
NH3+
N
Al-lisina
H
C
O
CH2
(CH2)3
(CH2)3
N
NH
REDUCCIÓN
C
CHO
C
(CH2)4
N
H
C
(CH2)3
C
N
O
H
Base de Schiff
C
C
O
Entrecruzamiento
(lisil norleucina)
Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas de
colágeno a través de lisina y al-lisina, (vía base de Schiff)
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas de
colágeno a través de lisina y al-lisina, (vía base de Schiff)
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
Al-lisina H
N
O
H
O
C
N
C
(CH2)3
CHO
CHO
(CH2)3
CH
O
C C
H
(CH2)2
(CH2)3
Al-lisina
N
H
C
C
O
N
H
C
C
O
Entrecruzamiento
aldólico
Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas de
colágeno a través de dos al-lisinas, (vía condensación aldólica)
ESTRUCTURA SECUNDARIA: TRIPLE HÉLICE DEL COLÁGENO
Tipos de colágeno
Tipo I
[α1(I)]2α2(I)
Mayoritario (huesos, piel, tendones)
Tipo II [α1(II)]3
Cartílago, vítreo
Tipo III [α1(III)]3
Vasos sanguíneos, cicatrices
Tipo IV [α1(IV)]3
[α2(IV)]3
Membrana basal, cristalino
Tipo V [α1(V)]2α2(V)
[α1(V)]3
[α1(V)][α2(V)][α3(V)]
Superficies celulares
Tipo VI
Íntima de la aorta
DEFECTOS GENÉTICOS RELACIONADOS CON EL COLÁGENO
Gly-X-Pro
• Osteogénesis imperfecta
(formación anormal de huesos en bebés)
Cys en lugar de Gly
• Síndrome de Ehlers-Danlos
(debilidad de las articulaciones)
Ser en lugar de Gly
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
La estructura supersecundaria puede tener una determinada función o
simplemente pertenecer a una unidad funcional mayor denominada DOMINIO
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
Miohemeritrina
Sandwich β
Prealbúmina
Piruvato quinasa, dominio 1
Cilindro β antiparalelo
Proteína de la cubierta del
virus del mosaico de tabaco
a) Predominantemente hélice α
Inmunoglobulina, dominio V2
Hexoquinasa, dominio 2
b) Predominantemente lámina β
c) Hélice α y lámina β mezcladas
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
1.- Dedos de Zinc (Zn- Fingers)
cis
cis
Zn
cis
H2N
his
COOH
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
1.- Dedos de Zinc (Zn- Fingers)
• Este motivo consiste en espaciamientos específicos conformados
por residuos de cisteínas e histidinas que permiten la unión de cationes
Zn2+ a la proteína, produciéndose un enlace coordinativo del metal en
el centro de ellos.
• Este fenómeno confiere al dominio aspecto de un dedo, por lo cual es
llamado comunmente “dedo de zinc”.
• Estos dominios pueden encajar en los surcos mayores del ADN. El
acople de estos factores regulatorios abarca la mitad de una vuelta de
la doble hélice del ADN.
• Los ejemplos más típicos son el factor de transcripción de la ARN
polimerasa II (TFIIIA) y las proteínas de la superfamilia de receptores
de las hormonas permisivas (esteroideas, tiroideas, etc).
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
1.- Dedos de Zinc (Zn- Fingers)
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
2.- Cremalleras de Leucina (Leucine zipper)
HOOC
H2N
COOH
uel
leu
uel
leu
uel
leu
uel
leu
NH2
Puntos de recnocimiento del ADN
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
2.- Cremalleras de Leucina (Leucine zipper)
• Es un motivo que se origina por la distribución repetitiva de residuos
de leucina espaciados por 7 aminoácidos en una distribución alfa
helicoidal de la proteína.
• Estos residuos de Leu terminan en una zona con residuos R que
protruyen con respecto a la zona helicoidal. Los grupos R se
interdigitan con grupos R de otros dominios de este tipo, estabilizando
así la homo o heterodimerización.
• Los dominios de cierre de lueucina están presentes en proteínas tales
como: c-myc, c-fos, c-jun y C/EBP.
• La tasa de expresión de un gen es la resultante de la interacción de
varios de estos factores de transcripción específicos que inducen o
impiden la formación del aparato basal de transcripción (compuesto
por los factores de transcripción generales).
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
2.- Cremalleras de Leucina (Leucine zipper)
The Fos and Jun proteins
Fos
Jun
Basic regions
(DNA contact surfaces
that bind to the DNA)
• Four leucines ( ) are present
at every seventh position in
the amphipathic α-helix
Leucine zipper
(dimerization
domain)
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
2.- Cremalleras de Leucina (Leucine zipper)
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
2.- Cremalleras de Leucina (Leucine zipper)
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
3.- Motivos hélice-vuelta hélice
• Constituye una zona proteica o dominio compuesto por dos regiones
de alfa hélice separadas por una de longitud variable que forma un rulo
o bucle entre ellas.
• Los dominios alfa helicoidales son similares estructuralmente y
necesarios para la interacción con secuencias de la proteína que
permiten una conformación simétrica respecto de un eje.
• Esta clase de proteínas a menudo contiene una región rica en
aminoácidos básicos localizada en el extremo amino terminal que le
permite su unión a secuencias del ADN reconocidas específicamente.
• Los dominios HLH son necesarios para la homo y heterodimerización.
– Ejemplos para las proteínas de unión al ADN con motivos HLH son: Myo
D, c-Myc y Max.
ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
3.- Motivos hélice-vuelta hélice
GIROS
1/3 de los aminoácidos se
encuentran en turns o loops donde
las CADENAS INVIERTEN su
dirección
El grupo C=O de un
residuo n enlazado
por puente de H
con el grupo NH del
residuo (n+3)
β turns
GIROS
GIROS
Muchos de estos cambio de dirección se
realizan mediante una unidad estructural
común conocida como giro beta o giro
reverso. Lo esencial de este giro en
horquilla es que el carbonilo de un residuo n
enlace con el grupo amino del residuo n+3.
En consecuencia la cadena puede cambiar
bruscamente de dirección. A menudo los
giros beta conectan hojas beta antiparalelas.
Se conocen varios tipos de giros. En los
giros tipo I, podemos encontrar cualquier
tipo de residuos con excepción de la prolina
en posición 3. En los giros tipo II, la glicina
debe estar en posición i+2 y casi siempre
aparece una prolina en posición i+3. Los
giros tipo III son una porción de hélice 310, y
no hay restricciones en cuanto a la identidad
de sus componentes.
A veces puede conseguirse un giro completo
de la cadena polipeptídica con tan solo dos
residuos como es el caso de los giros tipo γ.
Εn estos residuos n suele ser la prolina
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
1.HOLOPROTEÍNAS
Formadas solamente por aminoácidos
•HETEROPROTEÍNAS
o Proteínas Conjugadas
Formadas por una fracción protéica y por un grupo no protéico, que
se denomina "grupo prostético”
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
Proteínas fibrosas: toda la molécula dispuesta en hélice α o en lámina β.
•
Elastina. Componente del tejido conjuntivo (paredes de los vasos sanguíneos,
ligamentos), capaz de estirarse de modo reversible varias veces su longitud
inicial. Al igual que el colágeno es rica en Gly y Pro, pero tiene escasa
hidroxiprolina y carece de hidroxilisina.
•
Queratina. α- queratinas: principales proteínas del pelo y uñas, piel de animales.
Generalmente dos hélices α se enrollan sobre si. En uñas, gran cantidad de
puentes disulfuro.
•
β-queratinas: presentan láminas β y se encuentran en plumas y escamas de
reptiles.
Proteínas globulares: porciones de hélices α y en láminas β y ambas unidas al azar
para dar una conformación esferoidal. Por ej. hemoglobina.
•
Como resultado de acciones de diferentes fuerzas (de atracción o repulsión
electroestáticas, enlaces H de cadenas laterales, ptes S-S) ciertas regiones de una
proteína presentan asociaciones de hélices α o láminas β comportándose como
unidades estructurales y funcionales, dominios.
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
Proteínas simples
Formadas solamente por aa.
?
Albúminas. Proteínas globulares ácidas, de origen animal o vegetal, solubles en
agua y de cadena única (ovoalbúmina, lactoalbúmina, legumelina).
?
Globulinas. Proteínas globulares de origen animal o vegetal, insolubles en agua
pura, generalmente de varias cadenas (ovoglobulinas, lactoglobulinas).
?
Histonas. Proteínas básicas, asociadas al ADN, con alta proporción de lisina,
arginina e histidina.
?
Glutelinas y gliadinas. Granos de cereales (zeína).
?
Escleroproteínas. Proteínas fibrosas componentes de tejidos animales de
sostén (queratina, colágeno, elastinas).
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
Proteínas conjugadas
Formadas por una proteína simple (apoproteína) + una porción no proteica (grupo
prostético: GP).
?
Nucleoproteínas (GP: ácidos nucleicos).
?
Cromoproteínas (GP coloreado; hemoglobina, citocromos- procesos de oxidoreducción; rodopsina).
?
Gicoproteínas (GP: hidratos de C).
?
Fosfoproteínas (GP: fosfatos; caseína de la leche, vitelina de la clara del
huevo).
?
Lipoproteínas (GP: lípidos, en el plasma sanguíneo transportan lípidos
insolubles en medio acuoso).
?
Metaloproteínas (GP: metales como Fe, Cu, Mg, Mn)
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
Proteínas Conjugadas
Proteína
Gpo.Prostético /
Característico
Ejemplo
Glucoproteínas
Carbohidratos
γ−Globulina de la sangre
Lipoproteínas
Lípidos
β−Lipoproteína de la sangre
Fosfoproteínas
Grupo fosfato
Caseína de la leche
Hemoproteína
Hemo
Hemoglobina
Flavoproteína
Núcleo de Flavina
Succinato Deshidrogenasa
Metaloproteína
Fe,
Ferritina
Zn
Alcohol Deshidrogenasa
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
Características generales
1.- Se encarga del almacenamiento de oxígeno en los músculos
2.- Posee una sola cadena polipeptídica con 153 aa
3.- El grupo prostético es un grupo hemo ferroporfirínico o grupo hemo
4.- Es abundante en los músculos esqueléticos y particularmente en los animales
buceadores (ballena, foca y morsa)
5.- Está emparentada con la hemoglobina, que contiene 4 cadenas peptídicas y cuatro
grupos hemo y por consiguiente un peso molecular alrededor de 4 veces superior
6.- El esqueleto está formado por 8 segmentos (A-H) relativamente rectos constituído por
una porción de hélice alfa (7-23 aminoácidos) dextrógiros.
7.- El 75 % de la cadena es hélice alfa
8.- Todos los grupos R polares de los restos aminoácidos se encuentran en la superficie
9.- Casi todos los grupos no polares o hidrofóbicos R se encuentran en el interior de la
molécula, protegidos de la exposición al agua
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
Características generales
10.- Los restos de prolina solo aparecen en las curvaturas, que también contienen algunos
aminoácidos de los que se sabe no forman enrrollamientos en forma de hélice alfa como
la isoleucina y la serina
11.- La conformación tridimensional de la cadena peptídica es semejante en las
mioglobinas aisladas de diferentes especies, a pesar de que difieren algo en la
composición aminoacídica
12.- Presenta una cavidad en el interior en el que están presentes el grupo prostético
hemo rodeado por el entorno hidrófobo de la histidina (el anillo imidazólico de la His es
una trampa de protones y protege al Fe2+ de la oxidación). Fe 3+ (Grupo HEMINA) pérdida
de la capacidad de unir oxígeno.
13.- Almacena oxígeno y facilita su distribución dentro de las miofibrillas musculares,
liberándolo cuando las demandas lo requieren
14.- El oxígeno se une de forma reversible
15.- La estructura se estabiliza mediante las siguientes interacciones:
1.- Los enlaces de hidrógeno entre grupos peptídicos
2.- Las interacciones hidrofóbicas entre grupos no polares, que son los más
importantes
3.- Enlaces iónicos entre grupos cargados positiva y negativamente
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
GRUPO HEMO
Formado por:
1.- Protoporfirina IX (4 anillos pirrólicos unidos
por puentes meteno)
1.1.- 4 Grupos metilo
1.2.- 2 Grupos vinilo
1.3.- 2 Grupos ácido propiónico
2.- Ión ferroso: Tiene 6 posiciones de
coordinación
2.1.- 4 enlaces con el Nitrógeno
2.2.- 2 enlaces por encima y por
debajo del plano del grupo hemo. Por arriba la
His proximal (F8) y por debajo la His distal (E7),
que sirve como orientación para la unión del
oxígeno
ANILLO PIRRÓLICO
PUENTE METENO
GRUPO HEMO
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
El Fe2+ del grupo hemo establece 6 enlaces de coordinación:
• 4 con los N del anillo tetrapirrólico (situados en el plano del anillo)
• 1 con el N de la His 93 (F8) llamada His F8 ó His proximal
• El 6º enlace:
• Desoximioglobina: una molécula de agua
• Oximioglobina: una molécula de oxígeno, junto a la His
distal (número 64, E7)
En el entorno hidrófobo del interior de la mioglobina, el hierro no es
fácilmente oxidado por el oxígeno.
Fuera del ambiente celular, el hierro se oxida lentamente, formando la
metamioglobina, incapaz de unir oxígeno une en su lugar una molécula
de agua.
El CO se une al Fe2+ con mayor afinidad que el O2
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
FORMACIÓN DE LA OXIMIOGLOBINA
Está 0,4 Ȧ por
encima del plano de
la porfirina
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
FORMACIÓN DE LA OXIMIOGLOBINA
Histidina proximal
Histidina distal
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
FORMACIÓN DE LA OXIMIOGLOBINA
PUENTE DE
HIDRÓGENO
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ANÁLISIS DE LA UNIÓN DEL OXÍGENO POR LA MIOGLOBINA
La curva de unión de oxígeno a la mioglobina es hiperbólica e indica
que tiene una elevada afinidad por el oxígeno ya que P50 es muy baja
(unos 4 mm de Hg)
En los capilares (PO2 30 mm Hg):
La Mb estaría saturada
En los tejidos (PO2 baja):
La Mb capta O2 de la Hb de la sangre
arterial circulante y luego lo cede a los
orgánulos celulares que consumen
oxígeno (mitocondrias)
PO2
Mb + O2
MbO2
PO2
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
ESTRUCTURA TERCIARIA: MIOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
Características generales
1.- Presenta estructura cuaternaria. Es una proteína oligomérica y cuyas estructuras
terciaria y cuaternaria fueron conocidas gracias al análisis por rayos X. Fue conseguido
por Perutz y colaboradores en Inglaterra tras 25 años de estudio.
2.- La hemoglobina contiene 2 cadenas α (141 restos) y 2 cadenas ß (146 restos) a cada
uno de las cuales se halla unido un resto hemo mediante enlace no covalente
3.- Las cadenas α y ß poseen alrededor de un 70 % de carácter helicoidal, como también
ocurre en la mioglobina
4.- La estructura terciaria de las cadenas α y ß es muy semejante a la de la estructura de la
cadena única de la hemoglobina, en consonancia con la semejante función biológica.
5.- Hay muy poco contacto entre las 2 cadenas alfa y entre las 2 cadenas ß pero son
numerosos los contactos de grupos R entre los pares correspondientes a cadenas
diferentes.
6.- Cada uno de los 4 grupos hemo se halla parcialmente encerrado de grupos con R
apolares
7.- Durante la desoxigenación de la hemoglobina, las cadenas alfa experimentan una
rotación de unos 9º y las cadenas ßde cercea de 7º. Por lo tanto la unión de las 4
moléculas de oxígeno provoca un cambio profundo en la estructura cuaternaria de la
molécula
8.- La representación gráfica del porcentaje de saturación de la hemoglobina frente a laa
presión parcial de oxígeno es SIGMOIDAL, lo que significa una baja afinidad
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
Características generales
9.- El diámetro de la proteína es 5,5 nm= 55 Å
10.- Contacto entre cadenas α y ß es mediante interacciones hidrofóbicas e iónicas
11.- Proteína transportadora de oxígeno por los glóbulos rojos
12.- La curva de saturación de la hemoglobina es de tipo COOPERATIVO
13.- El porcentaje de homología entre la mioglobina y la hemoglobina es de alrededor del
24 % y se mantiene una buena conservación de residuos en las histidina proximal y distal
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
Hemoglobina: proteína globular, conjugada y oligomérica
- Grupo prostético: hemo
hemo: protoporfirina IX + ion ferroso Fe2+
- Cuatro subunidades, iguales dos a dos:
Hemoglobina A1 (HbA1): α2β2
Hemoglobinas
Hemoglobina A2 (HbA2): α2δ2
adultas
Hemoglobina fetal
Hemoglobinas
embrionarias
Hemoglobina F (HbF): α2γ2
Hemoglobina fetal (HbF): α2γ2.
Hemoglobina Gower 1: ζ2ε2
Hemoglobina Gower 2: α2ε2
Hemoglobina Portland: ζ2γ2
97%
2%
1%
Gran afinidad por el oxígeno
- Se conoce, además, un gran número de hemoglobinas
mutantes.
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
α1
β1
β2
α2
Hemoglobina A1
(forma T, desoxi-)
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
α1
β2
β1
α2
Hemoglobina A1
(forma R, oxi-)
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
Modelo MWC
Forma R, oxiKR
s
Monod-Wyman-Changeaux
(MODELO CONCERTADO)
s s
s s
s
Se favorece
mucho el estado
T
s s
s s
Se favorece
mucho el estado
R
i
KT
i
Forma T, desoxi-
i
i
i
i
i
i
i
i
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
MODELO SECUENCIAL
En este modelo cada tetrámero puede estar en dos estados, el T y el R. La unión
de un ligando a un centro del ensamblaje aumenta la afinidad de unión de centros
vecinos, sin que se induzca la completa conversión del estado T en R
Realmente ninguno de los dos modelos describe mejor la unión cooperativa del oxígeno a la
hemoglobina. Se requiere un MODELO COMBINADO. La conducta de la Hb es concertada en las
moléculas con 3 centros ya ocupados por el oxígeno y cuya estructura cuaternaria está casi siempre en
estado R. El restante centro de unión desocupado presenta una afinidad que es 20 veces superior a la que
tenía la Hb totalmente desoxigenada. Sin embargo, la conducta no es totalmente concertada, puesto que
cuando la Hb se ha unido en sólo 1 de los centros de unión, su estructura cuaternaria permanece
mayoritariamente en estado T. Esta molécula enlaza oxígeno con 3 veces más de afinidad a como lo haría
totalmente desoxigenada, lo que concuerda con un modelo SECUENCIAL
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
COMPARACIÓN Mb vs Hb en el
transporte de oxígeno
1.- La Hb es mejor
transportadora de oxígeno
2.- La Mb es mejor
almacenadora de oxígeno
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
H+, CO2, 2,3 BPG
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO DEL pH Y DEL CO2
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO BOHR
A menor pH la afinidad de la
Hb por el oxígeno disminuye
y tiene una mayor capacidad
para cederlo a los tejidos
periféricos
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO BOHR
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO BOHR
Cadena α
Puente salino
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO BOHR
ANHIDRASA
CARBÓNICA
El CO2 es capaz de hacer la
liberación de oxígeno por
parte de la Hb de 2
maneras:
1.- Disminuye el
pH dentro del hematíe por la
acción de la anhidrasa
carbónica
2.- Interacción
química directa entre CO2 y
la Hb formando carbamatos
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO BOHR
Contacto α−β, desoxihemoglobina
α
H 2N
A rg 9 2
C
L ys 4 0
C
(C H 2 ) 3
C
NH
(C H 2 ) 4 N H 3 +
N H 2+
-
-
OOC
+
OOC
CH
CH2
C H 2 C G lu 4 3
CH2
HN
NH
H is 1 4 6 (C -t)
β
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
Contacto α−α, desoxihemoglobina
α
Arg 141
C
H 2N
(CH2)3
C NH2+
NH
COO-
+
H 3N
+
H 3N C
-
OOC CH2 C Asp 126
(CH2)4
Val 1
C
Lys 127
α
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
Contacto β−β, desoxihemoglobina
β
Asp 94
-
C CH2 COO
+
HN
NH
CH2 C
His 146
β
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO DEL BPG
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
EFECTO COOPERATIVO
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
1.- ALTERACIONES CUALITATIVAS DE LA HEMOGLOBINA
HEMOGLOBINAS MUTANTES: ANEMIA FALCIFORME
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
HEMOGLOBINAS MUTANTES: ANEMIA FALCIFORME
M u tació n p u n tu a l se d eb e a u n cam b io en el co d ó n G A C n o rm al, q u e p a sa a G T G , q u e d a co m o resu ltad o la
su stitu ció n d el am in o ácid o : ácid o glu tám ico p o r valin a, en la p o sició n 6 d e la cad en a b eta
lo caliz ad a en el cro m o so m a 11
En e stu d io s re alizad o s e n p a d re s d e n iñ o s co n d re p an o cito sis revelan q u e hasta u n 4 0 % d e su h e m o glo b in a e s an o rm al
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
HEMOGLOBINAS MUTANTES: ANEMIA FALCIFORME
Estos glóbulos rojos falciformes no son flexibles y forman tapones en los vasos sanguíneos pequeños,
produciendo una interrupción de la circulación de la sangre que puede dañar los órganos de cualquier parte del cuerpo
*afecta a los glóbulos rojos de la sangre *cambian su forma a la de una hoz o media luna ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
HEMOGLOBINAS MUTANTES: ANEMIA FALCIFORME
• Glutamico por valina en la cadena beta.
• Se la denomina hemoglobina S disminuyendo la
solubilidad de la proteína desoxiHb y las
hemoglobinas tienden a polimerizar generando la
forma característica
• Produce anemia drepanocítica o de células
falciformes, con hematíes en forma de hoz.
• Se favorece por la hipoxia y hay hemolisis
• Mas frecuente en la raza negra.
• Diagnóstico por electroforesis.
RELACIÓN CON LA MALARIA
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
2.- ALTERACIONES CUANTITATIVAS DE LA HEMOGLOBINA
TALASEMIA
Las talasemias son un grupo muy heterogéneo de anemias hereditarias
caracterizadas por la disminución o ausencia total de la síntesis de una o varias
cadenas de la hemoglobina.
Según qué cadena de globina esté sintetizada en menor cantidad (aunque siempre
globina de características normales) se llamará
1.- Talasemia alfa (a )
2.- Talasemia beta (b ).
Y según la severidad del cuadro:
1.- Talasemia mayor (se heredan las dos copias del gen con una
alteración importante en cada copia o alelo), intermedia (se heredan dos copias
con dos alteraciones moderadas o una alteración importante y una moderada)
2.- Talasemia minor (también conocida como rasgo talasémico, se debe
a la herencia de un alelo alterado y otro normal).
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
HEMOGLOBINA M
Presencia de Fe3+ en vez de Fe2+.
La Metahemoglobina, se genera por la Oxidación de las
Fracciones Hemo al Estado Férrico, lo que provoca un Color
Azulado – Pardo, similar a la cianosis.
La Metahemoglobina tiene una Afinidad tan Alta por el Oxígeno,
que prácticamente No Libera Nada a los Tejidos.
Las Concentraciones Mayores del 50 al 60%, a menudo, son
Mortales.
La
Metahemoglobinemia
Congénita,
surge
como
Consecuencia de Mutaciones de la Globina que Estabilizan el
Hierro en Estado Férrico [Hb Iwata (α 87 His → Tyr)], o por
Mutaciones que Alteran las Enzimas que Reducen la
Metahemoglobina a Hemoglobina [por ejemplo, Metahemoglobina
Reductasa, NADP Diaforasa].
La Metahemoglobinemia Adquirida, se debe a Toxinas que
Oxidan el Hierro del Hemo, especialmente, los Compuestos que
contienen Nitratos o Nitritos.
ESTRUCTURA CUATERNARIA: HEMOGLOBINA
HEMOGLOBINA FETAL
1.- Tiene una gran afinidad por el O2
2.- Existe una modificación de la His 143 de la subunidad ß
por una Ser 143
3.- Dicha modificación afecta al sitio de unión del BPG a la
hemoglobina
4.- Se eliminan cargas positivas del centro donde se
produce la unión disminuyendo la afinidad de la HbF por el
2,3 BPG
5.- Por lo tanto tiene una mayor afinidad que la Hb materna
para unirse al O2
6.- Existe una transferencia muy eficaz de los hematíes
maternos a los fetales
DESNATURALIZACIÓN DE PROTEINAS
Consiste en la pérdida de la estructura cuaternaria, terciaria
por romperse los puentes que forman dicha estructura
Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación
muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente
una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble precipita
La desnaturalización se puede producir por cambios
temperatura (> 60-70 ºC)
variaciones del pH.
salinidad
Urea
En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada
puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina
renaturalización.
DESNATURALIZACIÓN DE PROTEINAS
Qué ocurre durante el
calentamiento de las proteínas
?
DESNATURALIZACIÓN
DESNATURALIZACIÓN DE PROTEINAS
MUCHAS PROTEÍNAS SÓLO RETIENE SU
ACTIVIDAD BIOLÓGICA DENTRO DE UNA
FLUCTUACIÓN LIMITADA DE pH y TEMPERATURA
SECUENCIACIÓN
DEGRADACIÓN DE EDMAN
1.- Marcaje del amino terminal con
PITC (Fenilisotiocianato) en medio
alcalino. Se forma el derivado
feniltiocarbamilo
2.- Se hidroliza el enlace peptídico
entre el aminoácido 1 y 2
3.- Se identifica el derivado del
residuo N-terminal por HPLC
SECUENCIACIÓN
Degradación secuencial
Análisis de Péptidos
Degradación de Edman
S
N
C
+
H
NH
CH
CO NH
R1
CH
CO
R2
N H C H C OOH
R3
1ª) Adición en medio básico de
isotiocianato de fenilo
H
S
N
C
2ª) Hidrólisis suave
solo del terminal con
HCl en CH 3 NO 2 ó
Acético
Mejora de este es soportar
mediante el COOH a un
polímero el péptido e ir
degradando secuencialmente
NH
CH
CO NH
R1
CH
CO
N H C H COOH
R2
+
H OO C O
C
H
C H RR 1
C
H
1
S
N
N
NH
C NH
C
R3
NH2
CH
R2
CO
N H C H C OOH
R3
Puede repetirse el proceso
con el resto hasta 30 ó más
veces si el péptido es grande
S
Tiohidantoina
feniltiohidantoína
Se separa e identifica
SECUENCIACIÓN
SECUENCIACIÓN
PLEGAMIENTO DE PROTEÍNAS
Experimento de Anfinsen
- ß-mercaptoetanol
- Urea
+ Urea
P2
P2
Bis
+ ß-mercaptoetanol
- ß-mercaptoetanol
- Urea
P1
P1
Bis
Anfinsen cogió ribonucleasa,
una proteína pequeña (14000
Daltons) y que tiene 4 puentes
disulfuro.
Desnaturalizó
el
enzima
con
urea
y
bmercaptoetanol
la solución
resultante la dividió en dos
alícuotas P1 y P2. A la alícuotas
P1 le eliminó primero el bmercaptoetanol, dejo reposar y
le eliminó luego la urea (alícuota
resultante P1bis). A la alícuotas
P2 le eliminó primero la urea, y
luego el
b-mercaptoetanol
(alícuota resultante P2b). Una
vez hecho esto miro la actividad
enzimática de P1bis y P2bis.
Encontró que la alícuota P2b
había
mucha
actividad
enzimática, mientras que en P1b
prácticamente no había nada.
Son las interacciones no-enlazantes y no las enlazantes
(puentes disulfuro) las que guían el plegamiento.
PLEGAMIENTO DE PROTEÍNAS
ENFERMEDAD DE ALZHEIMER
Otras enfermedades (priones,
diabetes, etc…)