proteinas

CLASE : PROTEINAS
• Fuerzas que influyen en estructura Proteica
• Papel de secuencia de aminoácidos en
estructura de la proteína
• Estructura Secundaria de las Proteínas
• Plegamiento (Folding) de proteínas y
Estructura Terciaria
• Interacciones entre Subunidades y estructura
Cuaternaria
R1
|
H3N+—CH— CO||
+
O
H R2
| |
H N—CH—COOH
|
H
H2O
R1
H R2
H3N CH C N CH COOO
dipéptido
Ø = phi
N-C
ψ = psi
Cα-C
Cualquier valor entre -180 y = 180, PERO
Consecuencias del Plano Amida
Dos grados de libertad por residuo para la cadena
peptídica
• Angulo alrededor de enlace Cα-N es llamado phi: Ø
• Angulo alrededor de enlace Cα-C es llamado psi: ψ
• Algunos valores de phi and psi son más probables
que otros.
psi
phi
Impedimentos Estéricos de phi
& psi
Algunas combinaciones de phi y psi no se dan
• phi = 0, psi = 180 es desfavorable
• phi = 180, psi = 0 es desfavorable
• phi = 0, psi = 0 es desfavorable
Gráficas de Ramachandran
La Secuencia de Aminoácidos en
una Proteína:
• es una característica única de cada proteína
• es codificada por la secuencia de
nucleótidos del DNA
• es una forma de información genética
• es leída del extremo amino hacia el extremo
carboxilo
Secuencia de aminoácidos de citocromo c humano
Aminoácidos invariables
Sustituciones conservativas
Arquitectura de Proteínas
• Forma - globulares o fibrosa
• Niveles de Estructura Proteica
- Primaria - secuencia
- Secundaria - estructuras locales -puentes H
- Terciaria - Forma 3-dimensional
- Cuaternaria - Organización de subunidades
•Primaria: Secuencia de aminoácidos en un péptido/proteína
•Secundaria: Arreglos estables de aa. que dan lugar a patrones
estructurales
•Terciaria: Enrollamiento/plegamiento (folding) 3D
•Cuaternaria: Cuando está formada x más de una cadena
Qué fuerzas determinan la
estructura?
• Estructura Primaria - determinada por enlaces
covalentes
• Estructuras Secundaria, Terciaria, Cuaternaria Todas determinadas por fuerzas débiles
• Fuerzas débiles - Puentes de H, interacciones
iónicas, interacciones de van der Waals,
interacciones hidrofóbicas (puentes S-S)
Toda la información necesaria para el
enrollamiento de la cadena peptídica en su
estructura "nativa” está contenida en la
estructura primaria de amino ácidos en el
péptido.
Alfa Helix
• Propuesta por Linus Pauling y Robert Corey
en 1951
• Identificada en queratina por Max Perutz
• Component ubicuo de proteínas
• Estabilizado por puentes de H
Ideal phi = -60° , psi = -45°
• Residuos por vuelta: 3.6
• Elevación por residuo:
1.5 Å
• Elevación por vuelta (pitch):
3.6 x 1.5A = 5.4 Å
Hoja Plegada Beta
Compuesta de hebras (strands) beta
• Primero postulada por Pauling y Corey, 1951
• Hebras pueden ser paralelas o antiparalelas
• Elevación por residuo:
•
– 3.47 Å para antiparalelas
– 3.25 Å para paralelas
• (1.4 Å en hélice alfa, pero 5.4 por vuelta)
Elevación por residuo:
3.47 Å para antiparalelas
3.25 Å para paralelas
(1.4 Å en hélice alfa, pero 5.4 por vuelta)
La Vuelta Beta
• Permite a la cadena peptídica cambiar de
dirección
• Unión es por puente de H: 3 residuos abajo
• Prolina y Glicina prevalecen en vueltas
beta
Proteína globular: mezcla de alfas y betas
unidas por segmentos conectores
•Estructura Supersecundaria
Motivos, folds (plegamientos)
Arreglos estables de varias 2rias y sus conexiones
Estructura Terciaria
Algunos principios importantes :
• Las estructuras secundarias se
formarán cada vez que sea posible
(debido a formación de puentes de H)
• Proteínas se pliegan para formar las
estructuras más estables (hacen
puentes de H y minimizan contacto con
solvente)
•Estructura Terciaria
•Aminoácidos más alejados ineractuando entre sí
•Arreglo espacial de estos residuos
FUERZAS QUE PARTICIPAN:
Interacciones hidrofóbicas
Interacciones iónicas
Puentes disulfuro
Porcentaje de α-hélice y estructura β en algunas proteínas
Proteína
Mioglobina
Citocromo c
Lisozima
Ribonucleasa
Quimiotripsina
Carboxipeptidasa
Residuos
153
104
129
124
247
307
% α-hélix % hoja β
78
0
39
0
40
12
26
35
14
45
38
17
Proteínas Globulares
Algunos principios para el diseño
• Residuos más polares hacia fuera de la proteína e
interctuan con el solvente
• Residuos más hidrofóbicos hacia el interior de la
proteína e interactuan entre sí
• Empacamiento de residuos es próximo
• Pero sí existen espacios vacíos
• Espacio vacío es en la forma de pequeñas
cavidades
78 / 0
MIOGLOBINA
39 / 0
40 / 12
26 / 35
Proteinas Globulares
•
•
•
•
Más principios de diseño
"Random coil" no es random
Estructuras de proteínas globulares no
son estáticas
Diferentes elementos y dominios de la
proteína se mueven diferentes grados
Algunos segmentos de la proteína son
muy flexibles y desordenados
Plegamiento
• Proteína explora al azar todas las conformaciones
posibles?
• Cyrus Levinthal: cálculo de este evento si φ y ψ de
la proteína con n residuos tuviera sólo 3
conformaciones estables:
– 32n ≈ 10n conformaciones (muy poco); ≈1013
conformaciones por segundo
– Si t = 10n / 1013s-1, para 100 residuos: t = 1087 s(3 x 1079
años)
• Mucho tiempo! Paradoja de Levinthal
Plegamiento de una proteína
Plegamiento de 36 aa de vilina (intestino) simulado en computadora.
Plegamiento toma un tiempo teórico de 1 mseg. Sin embargo, tomó 500
millones de pasos de integración en 2 supercomputadoras corriendo 2 meses
Chaperonas Moleculares
• Por qué se necesitan chaperonas si la información
para el plegamiento está presente en la secuencia?
– Para proteger a las proteínas nascientes de la
concentrada matriz proteica de la célula y tal vez para
acelerar los pasos lentos
• Proteínas chaperonas fueron primero identificadas
como "heat-shock proteins" (hsp60 & hsp70) o
proteínas de golpe calórico
El embudo de plegamiento
de Ken Dill’s.
Estructuras no plegadas
están cerca de la parte
superior. Conforme la
proteína se pliega, cae
dentro de las paredes del
embudo de energía hacia
conformaciones más
estables.
La proteína nativa plegada
se encuentra al fondo.
Nature Structural Biol.
4, 10-19 (1997).
Enfermedades Relacionadas al Plegamiento de Proteínas
Enfermedad
Proteína Afectada
Mecanismo
Enf. de Alzheimer
Péptido β-amiloide (derivado de
de prot precursora de amiloide
Péptido β mal plegado se acumula
en tejido neural formando depósitos:
placas neuríticas
Agregación de prot. mal plegadas.
Nervios, otros órganos son dañados
por depósitos de proteína insoluble
p53 previene que células con DNA
dañado se dividan. Tipo de mutación
de p53 lleva a mal plegamiento; prot
mal plegada es inestable y destruída
Proteína prion con conformación alterada (PrpSc) puede”sembrar”conformaciones alteradas en proteína
normal (Prpc)
Forma mutada de proteína se pliega
lentamente permitiendo que su
blanco, elastasa, sea destruído en
tejido pulmonar
Intermediarios del plegamiento de
CFTR mutante no se disocian de
chaperonas previniendo que llegue
a su destino en la membrana
Polineuropatía
Transtiretina
Amiloidótica Familiar
Cancer
p53
Enfermedad de
Prion
Creutzfeldt-Jacob
(equivalente a BSE)
Enfisema hereditario α1-antitripsina
Fibrosis quística
CFTR (regulador de conductancia
transmembrana de la
Fibrosis Quística
Estructura Cuaternaria
•
•
•
•
Cuáles son las fuerzas que conducen la
asociación cuaternaria?
Kd típica para 2 subunidades: 10-8 a 10-16M
Estos valores corresponden a energías de
activación de 50-100 kJ/mol a 37 C
Las pérdidas de entropía por la asociación son
desfavorables
Se gana entropía cuando se ocultan grupos
hidrofóbicos- muy favorable
Alfa
Cuáles son las ventajas estructurales y
funcionales que conducen la asociación
cuaternaria?
• Estabilidad: reducción de la tasa superficie a
volumen
• Economía y eficiencia genética
• Aproxima sitios catalíticos
• Cooperatividad
Otros Grupos Químicos en las
Proteínas
Proteínas pueden estar "conjugadas" con otros
grupos químicos
• Si la parte no aminoacídica de la proteína es
importante para su función, es llamada grupo
prostético.
• Términos familiares : glicoproteína,
lipoproteína, nucleopproteína, fosfoproteína,
metaloproteína, hemoproteína, flavoproteína.
La estructura tetramérica de la
hemoglobina
TAREAS
1. Si el pK del ácido acético es 4.8;el de la metil amina
es 10.6; el pK1 de la glicina es 2.34 y su pK2 es
9.6. Por qué existen estas diferencias en los pK si
los grupos funcionales son semejantes?
2. Qúe diferencia existe entre un dominio proteico y un
motivo proteico. De un ejemplo de cada uno
3. Buscar 4 tipos de estructura supersecundaria y dar
un ejemplo de cada una de ellas