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TEMA 5: ARQUITECTURA DE PROTEINAS. Parte 2
Estructura Cuaternaria
-Homotípicas: asociación entre dos o mas
cadenas polipeptídicas iguales o muy similares
Estructuras Cuaternarias
-Heterotípicas: interacción entre subunidades con
estructuras muy distintas
-Isólogas: Interacciones colocadas simétricamente
alrededor del elemento de simetría del sistema (eje
binario)
Tipos de
interacciones entre
subunidades
-Heterólogas: interacciones no simétricas entre
subunidades
-Existen estructuras moleculares más complejas donde
coexisten interacciones isólogas y heterólogas
Naturaleza química de
las interacciones
-Puentes de hidrógeno
-Hidrófobas
-Puentes salinos
-Fuerzas de van der Waals
-Puentes disulfuro
Dímero de prealbúmina
-Estructura cuaternaria con asociación
homotípica
--Dos monómeros que presentan simetría
binaria alrededor de un eje perpendicular al
plano de la pantalla
-Interacciones isólogas (interacciones
colocadas simétricamente alrededor del eje)
mediante puentes de hidrógeno entre las
cadenas de las láminas b (de F a F’ y de H a
H’)
Esquema de un dímero de
asociación homotípica sin
simetría donde existen
interacciones heterólogas
(A-C y B-D)
Estructuras de las proteínas
involucradas en el transporte y
almacenamiento de oxígeno:
Hemoglobina y mioglobina
Estructura de las cadenas de globina
Mioglobina (estudiada en los años 50 por John Kendrew por difracción de RX)
Proteína globular monomérica pequeña con
153 restos aminoacídicos (PM 16.700)
Estructura secundaria predominante: a-hélice
(más del 70% de la proteína)
8 segmentos helicoidales A-H (el mas largo de
23 aa y el mas corto de 7 aa), algunos de ellos
unidos por giros b.Tres de sus cuatro Pro se
encuentran en los codos de las hélices
Los grupos R hidrofóbicos se ubican hacia el
interior de esta molécula compacta que solo
puede alojar 4 moléculas de agua.
El grupo Hem esta situado en un bolsillo
hidrofóbico entre las hélices E y F
Representaciones de la estructura terciaria de mioglobina
(f)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Representa las estructuras secundarias (ribbon representation)
La imagen enfatiza la superficie molecular (mesh representation)
Imagen de contorno de superficie (permite visualizar bolsillos donde otras moléculas pueden
interaccionar)
Representación ribbon que incluye a los grupos R de los residuos hidrofóbicos
Modelo de bolas (residuos hidrofóbicos en azul, grupo Hem en rojo)
Modelo salchicha que muestra la estructura primaria
Efectos estéricos en la unión de los ligandos con el grupo Hem
Unión entre O2 y CO a a grupos Hem libres
Cuando CO se une al Hem de mioglobina la His distal (His E7, posición 64) lo fuerza a
adoptar un ligero ángulo que debilita su unión a MHb
El puente hidrógeno entre O2 e His E7 facilita la unión de O2
Hemoglobina
Tetrámero de dos cadenas a (141 aa) y dos b
(146) de gran similitud con mioglobina, con un
grupo Hem por cadena
PM 64.500, casi esférica con un diámetro
de 5,5 nm
El análisis por RX muestra que hay dos
conformaciones para Hb: Un estado R
(relaxed) de mayor afinidad por O2 y uno T
(tense) que es la conformación más
estable par deoxihemoglobina
Cuando O2 se une al estado T cambia de
conformación hacia el R
Hemoglobina
Comparación de la secuencia aminoacídica y de estructura secundaria y terciaria de
mioglobina y las cadenas a y b de globina de Hb (los residuos idénticos están sombreados,
los sombreados en rosa se conservan el las cadenas de globina de la mayoría de las
especies).
Interacciones dominantes entre
subunidades de globina (a claras y
b oscuras)
Las interacciones dominantes
varían al unirse O2
→
Transición entre los estados T
R en deoxihemoglobina
Notar el estrechamiento del bolsillo entre las unidades al
cambiar a la conformación de mayor afinidad por el O2
Cambios conformacionales en las cercanías del grupo Hem cuando Hb se oxigena
La Hb además transporta CO2 y H+
El 40% del CO2 se transporta hacia los
pulmones como carbamatos en los
residuos amino terminales
Los H+ sobre restos aminoacídicos His 146 de la subunidades b.
Los ácidos conjugados forman par iónico con Asp 94 en la estructura T.
En la estructura R el valor de pKa es el normal de 6.0 ya que no se puede
estabilizar el ácido conjugado por formación del par iónico.
Curva sigmoidea (cooperativa) de unión de Hb con
O2 que demuestra el cambio de afinidad de la
estructura por el ligando al variar la pO2.
Obsérvense las curvas extremas (alta afinidad
estado R y baja afinidad estado T).
La curva correspondiente a la mayor afinidad es la
que presenta Mioglobina
Efecto del pH sobre la afinidad de la Hb por el O2
pH de la sangre en pulmón 7,6
pH de la sangre en tejidos periféricos 7,2
La afinidad de Hb por O2 a la Hb es disminuída por
2,3-bifosfoglicerato
El BPG no ingresa a en la forma OxiHB ya que la cavidad es más pequeña y los restos
de aa cargados positivamente están desplazados del centro de la cavidad en la
conformación R
El BPG estabiliza la forma desoxiHb
Su concentración esta aumentada en individuos adaptados a la altura y fumadores
a) BPG estabiliza estado T de deoxiHB
b) Cargas negativas de BPG
interactuando con cargas
positivas (azul) del bolsillo
central en el estado T de
deoxiHB
c) El bolsillo desaparece en
oxiHb al adquirirse la
conformación R
La afinidad de Hb por O2 es disminuída por 2,3-bifosfoglicerato
La Hbfetal (a2g2) tiene mayor afinidad por O2 que la materna (HbA (a2b2)
HBF tiene menor afinidad por BPG que HBA. La diferencia molecular es que en
globinas g la His 143 de la cadena b cambia por Ser
En aves el rol del BPG lo cumple Inositol hexafosfato y en peces ATP
Anemia falciforme
Enfermedad genética de carácter recesivo los individuos que la padecen tienen bajo
número de eritrocitos y de forma anormal (crenocitos, o en forma de medialuna o de hoz)
La causa es que la HbS o falciforme forma polímeros insolubles cuando esta
desoxigenada que precipitan dentro de los hematies.
La HbS resulta de una mutación que cambia solo
un aa de la estructura primaria de la cadena b. Se
sustituye un residuo de Glu de la posición 6
por uno de Val.
Se genera un bolsillo “pegajoso” (hidrofóbico) en
los extremos de las cadenas b dónde en
individuos normales había restos cargados a pH
fisiológico.
Las moléculas de HbS interaccionan entre si y
polimerizan
BIBLIOGRAFÍA
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