proteinas-i

INTRODUCCION A LA PROTEINAS
Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno,
oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas, fósforo,
hierro, magnesio y cobre entre otros elementos.
Las proteínas proporcionan estructuras, catalizan reacciones celulares y llevan a cabo
multitud de tareas. Su papel central en la célula queda reflejado en el hecho que la
información genética se expresa en forma de proteínas. Existe para cada proteína un segmento
de ADN que codifica la información que especifica su secuencia de aminoácidos.
FUNCIONES
* Enzimas  Proteínas variadas y altamente especializadas, con actividad catalítica para las
reacciones químicas de las biomoléculas orgánicas en forma específica.
* Transporte Proteínas de transporte del plasma sanguíneo que fijan y transportan
moléculas o iones específicos de un órgano a otro.
- Hemoglobina: en los eritrocitos fija el O2 a medida que pasa la sangre pasa a través de los
pulmones, lo transporta a los tejidos periféricos y allí lo libera para que participe en la
oxidación de los nutrientes para la producción de energía.
- Lipoproteínas: en el plasma transportan lípidos desde el hígado a otros órganos.
- Proteínas de Membrana: adaptadas para fijar glucosa, aminoácidos u otras sustancias y
transportarlas a través de la membrana.
* Nutrición y Reserva - Ovoalbúmina: proteína de la clara de huevo.
- Caseína: proteína de la leche
- Ferritina: en bacterias y en tejidos animales y vegetales almacenan hierro.
* Estructurales confieren la capacidad de moverse, contraerse, cambiar de forma.
- Actina y Miosina: sist. contráctil del músculo esquelético y otras células no musculares.
- Tubulina: forma los microtúbulos y estos actúan con la Dineina de los flagelos y cilios.
Filamentos de soporte, que confieren fuerza o protección a las estructuras biológicas.
- Colágeno: componente de tendones y cartílagos, posee una resistencia elevada a la tensión
- Elastina: ligamentos, que se extienden en 2 dimensiones
- Queratina: pelo, uñas, plumas
* Defensa contra la invasión por otras especies o protegen contra las heridas.
- Inmunoglobulinas- Anticuerpos: fabricada por los linfocitos, pueden reconocer y precipitar o
neutralizar bacterias, virus o proteínas invasoras.
- Fibrinógeno- Trombina (enzimas): coagulación, impiden perdida de sangre al daño vascular.
* Regulación Hormonas: regulan la actividad celular o fisiológica.
- Insulina: regula metabolismo glucocídico
- Proteínas G: fijan GDP y facilitan la respuesta a muchas señales hormonales
NOMENCLATURA
Se suelen clasificar de acuerdo a los siguientes criterios:
* Según tamaño:
Péptidos - Oligopéptidos: ( 2-10 aminoácidos) Ej: Aspartamo (2aa), Oxitocina (9 aa)
- Polipéptidos: (10-100 aa)
Ej: Glucagón
Proteínas: (1000-3000 aa)
* Según cantidad de cadenas polipeptídicas:
Monoméricas: constan de una sola cadena, como la mioglobina, citocromo C
Oligoméricas: constan de varias cadenas. Las distintas cadenas polipeptídicas se
llaman subunidades y se unen a través de enlaces no covalentes, y pueden ser iguales o
distintas entre sí. Un ejemplo es la hemoglobina, formada por 4 subunidades.
* Según su forma:
Fibrosas: Presentan cadenas polipeptídicas largas y una típica estructura segundaria.
Son insolubles en agua y en soluciones acuosas. Algunos ejemplos de estas son la queratina y
colágeno. Por lo general, tienen funciones estructurales.
Globulares: Se caracterizan por doblar apretadamente sus cadenas en una forma
esférica apretada o compacta. Ejemplo de éstas son la mayoría de las enzimas, anticuerpos,
algunas hormonas, proteínas de transporte.
* Según su composición química:
Simples u holoproteínas: Su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas
son la insulina y el colágeno (fibrosas y globulares).
Conjugadas o heteroproteínas: Su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no
proteicas “Grupo prostético” (sólo globulares).
OJO= según las diapositivas las simples corresponden a las apoproteinas y las
holoproteinas serian las conjugadas.
PROTEÍNAS CONJUGADAS
CLASE
Lipoproteínas
Glucoproteínas
Fosfoproteínas
Hemoproteínas
Flavoproteínas
Metaloproteinas
GRUPO PROSTÉTICO
Lipidos
Glúcidos
Grupo fosfatos
Hemo (Ferroporfirina)
Nucleotidos de flavina
He-Zn-Ca-Mb-Cu
EJEMPLO
Β1-Lipoproteina de la sangre
Ig G
Caseina
Hemogobina
Succinato deshidrogenasa
Ferritina- Calmodulina
ESTRUCTURA BASICA DE LAS PROTEÍNAS  AMINOACIDOS
Existen 20 aminoácidos diferentes y todos ellos tienen una parte común en su molécula
que consisten en un grupo amino (NH3) y un grupo ácido (COOH), unidos al mismo átomo
de Carbono (Cα) . Se pueden representar como NH2-CHR-COOH, siendo R un radical o
cadena lateral característico de cada aminoácido.
Existen 2 enantiómeros (imagen especulares no superponibles, pero que tienen las
mismas propiedades físicas y químicas, excepto por la interacción con el plano de la luz
polarizada) posibles, pero solo la forma L, se encuentra presente en las proteínas.
Aminoácidos proteicos
Se utilizan como
mensajeros o
precursores o
mensajeros
metabólicos
Aminoácidos
Aminoácidos no Estándar
Neurotransmisores: GABA (derivado de glutamina)- Serotonina (triptófano)
Hormonas
: Tiroxina (tirosina) - Acido indol acético (triptófano)
Intermediarios metabólicos: Citrulina- Ornitina
Se clasifican según sus radicales R. Hay varios tipos:
APOLARES
- Glicina
- Alanina
- Valina
- Leucina
- Metionina
- Isoleucina
POLARES
- Serina
- Treonina
- Cisteina
- Prolina
- Aparagina
- Glutamina
AROMATICOS
- Tirosina
- Triptofano
- Fenilalanina
BASICOS
- Arginina
- Histidina
- Lisina
ACIDOS
- Ac. Aspártico
- Ac. Glutámico
ESTADO DE IONIZACION
Los aminoácidos pueden tener carga neta positiva, negativa o cero.
Portan por lo menos 2 grupos ácidos débiles ionizables –COOH y –NH3+.
* El grupo carboxilo de los aa se comporta como ácido:
COOH  COO- + H+
pKa
* El grupo amino, actua como base:
NH3+
 NH2 + H+ pKb
Aceptores de protones:
COONH2
A pH del plasma y líquido intracelular (7,4 y 7,1), predominan las formas COO- y NH3+.
pH bajo, la mayor
parte de los grupos disociables
estarán protonados, y por lo
tanto habrá un gran número de
cargas positivas en la
proteína
Neutro
pH
elevado,
los
grupos disociables no estarán
protonados, con lo cual habrá
mayor número de cargas
negativas
Las fuerzas relativas de los ácidos débiles son expresadas en términos de sus
constantes de disociación de ácidos pKa
pK1 (carboxilo) 2-3 Si el pH ↓ 2-3 el grupo carboxilo estará protonado.
Si el pH ↑ 2-3 el grupo carboxilo estará desprotonado.
pK2 (amino)
9-11 Si el pH ↓ 9-11 el grupo amino estará protonado.
Si el pH ↑ 9-11 el grupo amino estará desprotonado
PUNTO ISOELÉCTRICO (PI)
Existe un valor de pH característico para cada aa, en el cual la disociación de cargas
positivas y negativas se iguala y por lo tanto, la carga total del aa es nula. A este valor de pH
se le denomina punto isoelectrico (pI) y el aa se encuentra en la forma de Zwitterion.
Corresponde al valor medio de los pKa que se encuentran a ambos lados de la especie
isoeléctrica.
- Para aa neutros corresponde al valor medio de los pK1 y pK2. Existen solo 2
grupos disosiables
Ej: pI para la Alanina
Si pK1= 2.35 y pK2= 9.69
pI = 2.35 + 9.69 = 6.02
2
-
Para aa ácidos o básicos, depende de cada caso. Tomandose los valores más
cercanos. Existen más de 2 grupos disosiables
Ej: pI para el Ac. Aspártico Si pK1= 2.09, pKr = 3.86 y Pk2= 9.82
pI = 2.09 + 3.86 = 2.98
2
FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO
Los L-α-aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos, para formar los péptidos.
La unión entre dos aminoácidos, se establece
entre el grupo carboxilo (-COOH) de un
aminoácido y el grupo amino (-NH2) del
aminoácido inmediato, con la pérdida de una
molécula de agua.
El enlace peptídico tiene un comportamiento
similar al de un enlace doble, es decir, presenta una
cierta rigidez que inmoviliza en un plano los átomos
que lo forman
Corresponde a una reacción de condensación.
PROPIEDADES
• Es rígido y planar.
• Tiene carácter parcial de doble enlace.
• Equilibrio de estructuras resonantes.
Formación de un grupo amida.
• No tiene libertad de giro.
• Es mas corto que otros enlaces C-N.
• Se presenta normalmente en transformación “Trans”.
• Los grupos C=O y N- H son polares y participan en la formación de puentes de hidrógeno.
ESTRUCTURAS DE LAS PROTEINAS
La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales.
Aminoácidos
Hélice alfa
Hoja plegada
Hélice alfa
Hoja plegada


• Es la secuencia específica y ordenada de aa que componen la cadena polipeptídica de una
proteína.
• Los aa como ya vimos están unidos por enlaces covalentes: enlace peptídico o amida.
• Las proteínas homólogas tienen secuencias y funciones semejantes.
• La comparación de secuencias permite establecer relaciones evolutivas.
• Las mutaciones corresponden a variaciones en la secuencia:
▪ Los aa invariables son importantes para la función.
▪ Las mutaciones conservadoras son cambios entre aa químicamente semejantes.
▪ Hay mutaciones que se relacionan con enfermedades a nivel molecular Patología
molecular


• Es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio (Plegamiento).
• Se logra gracias a la capacidad de giro de sus enlaces que van adquiriendo una disposición
espacial estable
• El carácter de doble unión parcial entre el grupo carbonilo al nitrógeno α de la unión
peptídica restringe de manera significativa las conformaciones posibles, debido a
impedimentos estéricos entre los grupos –NH, -CO y R.
• Lo rotación sólo puede darse alrededor de las uniones entre el Cα y el carbono carbonilo
(Co) y al nitrógeno.
• Por lo tanto depende de los valores de Φ y Ψ:
Angulo alrededor de la unión Cα -N  fi (Φ)
Angulo alrededor de la unión Cα – Co psi (Ψ)
• El Diagrama de Ramachandran ilustra las conformaciones permitidas que caracterizan a
los dos tipos de estructura:
paralela
▪ hélice α
▪ lámina β
antiparalela
• Las conformaciones más favorables dependen de la secuencia de aa y se estabilizan por
enlaces no covalentes:
▪ Puentes de Hidrógeno  existe en un número muy elevado.
▪ Interacciones Hidrófobas o van der Waals  aa con cadenas laterales apolares.
▪ Interacciones Electroestáticas o Puentes salinos  grupos carboxilo y amino.
Hélice α
• La cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre sí misma debido a los giros producidos en
torno al carbono alfa de cada aminoácido. Se mantiene gracias a los enlaces de hidrógeno
formados entre el grupo -NH de un enlace peptídico y el grupo -C=O del cuarto aminoacido
que le sigue.
• En las proteínas no tienen lugar las hélices con giro hacia la izquierda.
• Las cadenas laterales se dirigen hacia fuera, lo que permite una mínima repulsión y posibles
interacciones entre ellas.
• Casi todos los grupos peptídicos participan en los enlaces H.
• Existen algunos residuos que desestabilizan la hélice α:
▪ Glicina No tiene R, por lo tanto otorga demasiada flexibilidad
▪ Prolina restringe el giro de Φ; no tiene –NH para formar puentes de H.
▪ Residuos voluminosos Triptófano
Hoja β
• Conservan su estructura primaria en zigzag y se asocian estableciendo uniones mediante
enlaces de hidrógeno entre –CO y –NH de cadenas adyecentes.
• Las cadenas laterales se disponen perpendicularmente a la hoja.
• Es una conformación simple formada por dos o más cadenas polipeptídicas β :
▪ paralelas  que corren en el mismo sentido
▪ antíparalelas que corren en direcciones opuestas


• Disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma
originando una conformación globular, tridimensional
• Se mantiene por enlaces no covalentes:
• En algunos casos existen enlaces covalentes:
▪ Iónicos
▪ Puentes disulfuro
▪ Hidrofóbicos
▪ Puentes de Hidrógeno
▪ Fuerzas de Van der Waals
• Estructura compacta que excluye las moléculas de agua de su interior.
• En el interior se agrupan residuos hidrofóbicos y al exterior los grupos polares.
• La ausencia de agua facilita las interacciones iónicas y los enlaces de hidrógeno.
• Las proteínas grandes suelen presentar Dominios estructurales:
▪ Son unidades estructuralmente independientes que presentan características y
funciones definidas como la unión con ligandos específicos.
▪ Otros ejemplos: Mano EF (configuración hélice-vuelta-hélice) se une a Ca++
Dedo de Zn en proteínas que unen ADN.


• Unión mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con
estructura terciaria, para formar así un complejo proteico. Cada una de estas cadenas
polipeptídicas recibe el nombre de protómero.
• Las subunidades se organizan de manera simétrica.
• 4 protómeros por ejemplo forman la Hemoglobina (2α2β)
• Proporcionan mayor estabilidad y regulación alostérica
• Se estabilizan a través de las mismas fuerzas que la estructura terciaria.
DENATURACIÓN DE PROTEÍNAS
• Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha
estructura.
• Una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita.
• Se produce por agentes que interfieren en las fuerzas de estabilización: variación de pH,
temperatura, detergentes (hidrofóbicos), Mercaptoetanol (enlace disulfuro), agitación.
• La estructura primaria se mantiene intacta.
• En la estructura secundaria las proteínas pierden todos los patrones de repetición regulares
como las alfa-hélices y adoptan formas aleatorias.
• La mayoría de las proteínas biológicas pierden su función biológica, por ejemplo, las
enzimas pierden su actividad catalítica, porque los sustratos no pueden unirse más al sitio
activo.
• Es un proceso que puede ser reversible
▪ La desnaturalización de ácidos nucleicos como el ADN por altas temperaturas,
produce una separación de la doble hélice, que ocurre porque los enlaces puente hidrógeno se
rompen. Los filamentos del ácido nucleico vuelven a unirse una vez que las condiciones
"normales" se restauran, pero si las condiciones son restauradas demasiado rápidamente, las
cadenas pueden no alinearse correctamente.
SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS PARA ANALISIS
Se utiliza la Centrifugación que es el método más común de separación. En este
método, el tubo de centrífuga se llena con una mezcla uniforme problema. Tras la
centrifugación se obtienen dos fracciones: un pellet que contiene el material sedimentado y un
sobrenadante con el material no sedimentado.
Luego se aprovechan las propiedades de las proteínas en solución para separar mezclas
de éstas basándose en su:
 Tamaño (peso) molecular
 Solubilidad
 Carga eléctrica
 Afinidad biológica por otras moléculas.
Las separaciones analíticas se realizan fundamentalmente por:
Cromatografía: separa los componentes de una mezcla por su afinidad relativa a 2
fases, una móvil y otra estacionaria
Electroforesis: separa los componentes en base a sus características de carga y/o
tamaño.
Los ácidos nucleicos ya disponen de una carga eléctrica negativa, que los dirigirá al
polo positivo, mientras que las proteínas se cargan con sustancias como el SDS (detergente)
que incorpora cargas negativas de una manera dependiente del peso molecular. Para la
separación se usa un gel de poliacrilamida. Al poner la mezcla de moléculas y aplicar un
campo eléctrico, éstas se moverán y deberán ir pasando por la malla, por la que las pequeñas
se moverán mejor, más rápidamente. Así, las más pequeñas avanzarán más y las más grandes
quedarán cerca del lugar de partida
Tamaño
► Diálisis
Las proteínas globulares se separan en disolución utilizando una membrana
semipermeable para retener moléculas de proteína, permitiendo que las moléculas pequeñas
de soluto y de agua las atraviesen.
► Ultrafiltración
Se utiliza la presión de la fuerza centrífuga para hacer pasar por una membrana
semipermeable agua y moléculas pequeñas, reteniendo a las proteínas.
► Centrifugación en gradiente de densidad.
Se usa una solución de sacarosa cuya concentración varía de 20 al 60%, se
puede separar una mezcla de proteínas, que al centrifugar, se separaran en bandas, según su
tamaño, forma y densidad.
► Cromatografía de exclusión molecular  Filtración en gel
Se utiliza como matriz un gel con esferas que poseen poros en su interior, entonces las
moléculas pequeñas penetran en los poros, en cambio las moléculas grandes, incapaces de
penetrar por los poros, solo se mueven entre las bolas, donde la velocidad de solvente es
superior.
Como consecuencia, las moléculas de mayor peso, son eluidas antes.
Solubilidad
► Precipitación con sulfato de amonio
Las sales neutras afectan la solubilidad de las proteínas globulares:
A ↓ concentraciones, las sales↑ la solubilidad de las proteínas ya que se induce la ionización
de los grupos R disociables de la proteína.
► Solubilidad diferencial por diferentes solventes
Adición de solventes orgánicos con el agua, como lo son el etanol y la acetona
disminuye la solubilidad de la mayor parte de las proteínas globulares, de tal forma que
precipitan.
Carga Eléctrica
► Cromatografía de Intercambio Iónico
Se basa en la atracción entre iones del soluto y puntos cargados que existen en la fase
estacionaria.
En unas condiciones determinadas serán retenidas en la columna las proteínas que
tengan una carga complementaria a la de la matriz del gel (las proteínas cargadas
negativamente serán retenidas por una matriz cargada positivamente), siendo eluidas las
restantes.
► Electroforesis según Enfoque Isoeléctrico
Se separan las proteínas en un gel donde se ha establecido un gradiente de pH y
al aplicar el campo eléctrico, las proteínas van a migrar hasta la zona del gel donde el pH sea
igual a su punto isoeléctrico y en ese punto se detendrá
Afinidad
► Cromatografía de Afinidad
Los bolas del gel estan recubiertas de un ligando por el que tiene afinidad algunas de
las proteínas a aislar. Al pasar la mezcla compleja, ésta proteína es retenida en la superficie de
las bolas, fluyéndose las demas.
Infiltración en gel
Intercambio
iónico
Cromatografía por
afinidad
MÉTODOS PARA LAS DETERMINACIONES ESTRUCTURALES DE PROTEÍNAS
Difracción de Rayos-X (Cristalografia)  sólidos, estructura tridimensional
Espectroscopia circular del dicroísmo  Estructura 2ria
Espectroscopia  determinación de cantidades muy pequeñas
Resonancia magnética nuclear(NMR) espectroscopia  provee información acerca de los
átomos
RELACIÓN ESTRUCTURA-FUNCIÓN
Las proteínas están compuestas por cadenas de péptidos que para poder desempeñar su
función biológica deben plegarse de una determinada manera, adoptando una forma
tridimensional estable. Cuando una proteína pierde su estructura tridimensional, por
denaturación también pierde su función, provocando una PATOLOGIA.
La concentración de una proteína es el resultado de un balance entre la velocidad de
síntesis y degradación de la misma.
Transporte de Oxígeno  Hemoglobina (4 subunidades) – Mioglobina (1 subunidad)
Una modificación en la estructura de la hemoglobina, como alteraciones en la cadena
beta de la hemoglobina puede provocar la pérdida de función de la misma.
Por ejemplo:
► Anemia Mediterránea o Talasemia β: producción defectuosa de hemoglobina que
lleva a una disminución en la producción y un aumento de la destrucción de los glóbulos
rojos.
► Anemia Falciforme o Hemoglobina S: mutación en donde el Acido Glutámico es
sustituido por Valina de la cadena B. Cuando la hemoglobina S se desoxigena disminuye su
solubilidad y precipita dentro del hematíe y da lugar a la formación de una red gelatinosa,
produciendo eritrocitos rígidos y en forma de hoz, con menor capacidad de transporte de O2
Otro ejemplo de alteraciones estructurales es la Proteína Prion
Su acción patógena consiste en ser una forma modificada de una proteína natural
existente en el organismo que al entrar en contacto con las proteínas originales las induce a
adoptar la forma del prión, que suele ser una forma anormal y disfuncional, todo ello en una
acción en cadena que acaba por destruir la operatividad de todas las proteínas sensibles al
prión.
PROTEÍNAS PLASMÁTICAS
Son todas aquellas proteínas que están presentes en el plasma y que ejercen presión
osmótica, con lo que son parte importante en la distribución del agua entre el plasma y los
líquidos titulares.
Función
Transporte
Inmunidad
Manutención Pº Osmótica
Enzimas
Inhibidores de proteasas
Regulación del pH (tampón)
Proteína
Albúmina,
Apolipoproteína,
transferían
Inmunoglobulinas
Todas, principalmente
Albúmina
Renina,
Factores de Coagulación
Antitripsina α1
Todas
Para su análisis hay que tener en cuenta:
► Concentración de proteínas totales
Velocidad de síntesis o degradación proteica
Cambios en el volumen de distribución
► Solo la variación de las proteínas plasmáticas mas abundantes (albúmina- Ig)
tendrán un efecto significativo