LAS PROTEINAS: ESTRUCTURA Y PLEGAMIENTO

LAS PROTEINAS:
ESTRUCTURA Y
PLEGAMIENTO
ESTRUCTURA Y FUNCION DE LAS PROTEINAS.
Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por uniones
amida, llamadas uniones peptídicas.
La cadena polipéptídica constituye la estructura primaria de la
proteína, dada por la secuencia de los residuos de aminoácidos.
Para ser funcional, la proteína requiere niveles superiores de
estructura, que la llevan a su forma tridimensional, esencial
para su función. Esos niveles estructurales son las
estructuras secundaria, terciaria y, eventualmente, cuaternaria
(si se trata de un oligómero con subunidades iguales o
diferentes).
NIVELES ESTRUCTURALES EN LAS PROTEÍNAS.
1) Estructura primaria: Secuencia de aminoácidos.
Unión peptídica exclusivamente.
Angulos de rotacion del
carbono alfa.
2) Estructura secundaria:
Disposición
espacial de residuos de aminoácidos
cercanos en la secuencia. Unión hidrógeno
involucrando el N y el O de las uniones
peptídicas exclusivamente. Tres elementos
principales de estructura secundaria: αhélice, estructura β (hoja plegada) y giros β.
3) Estructuras supersecundarias: motivos y dominios.
4) Estructura terciaria: Disposición espacial de residuos
de aminoácidos lejanos en la secuencia. Interacciones
hidrofóbicas, puentes de hidrógeno entre restos
laterales o entre ellos y la cadena peptídica, uniones
salinas, puentes disulfuro.
5) Estructura cuaternaria: Disposición espacial de las
subunidades en proteínas oligoméricas. Interacciones
hidrofóbicas, uniones puente hidrógeno y salinas.
PUENTE DISULFURO: SOLO EN ESTRUCTURA TERCIARIA
DISTRIBUCION DE LOS RESIDUOS DE AMINOACIDOS EN LA MIOGLOBINA.
Residuos hidrofobicos en amarillo, cargados en azul y el resto en blanco. (B): corte de la
molecula, mostrando que los residuos hidrofobicos se encuentran en buen parte en su interior
PROTEINAS DE MEMBRANA.
Proteínas integrales y Proteínas periféricas
PLEGAMIENTO DE LAS
PROTEINAS.
LA RIBONUCLEASA: EL EXPERIMENTO DE ANFINSEN.
REDUCCION DE LOS PUENTES DISULFURO
La urea desnaturaliza a la ribonucleasa (es decir, deja solo su estructura
primaria) y el β-mercaptoetanol reduce los puentes disulfuro.
Si se elimina la urea y luego se deja
que los puentes disulfuro vuelvan a
formarse por oxidacion con el aire, se
recupera la estructura nativa. Si se
oxida en presencia de urea, se obtiene
una “ribonucleasa revuelta”, inactiva,
pero esta recupera su actividad en
presencia de trazas de β-mercaptoetanol.
LA PARADOJA DE LEVINTHAL.
Para una proteína pequeña, de 100 residuos de
amino ácidos:
Si cada residuo puede asumir 3 posiciones, el
número total de estructuras posibles será igual a 3100,
lo que es igual a 5 x 1047
Si toma 10-13 seg para convertir una estructura
en otra el tiempo total requerido para el plegamiento
correcto será
5 x 1047 x 10-13 seg = 5 x 1034 seg = 1.6 x 1027
años.
(Paradoja de Levinthal)
El plegamiento puede
pasar a traves de un
intermediario que ya
tiene practicamente
completa la estructura
secundaria (el globulo
fundido). Puede tener un
camino unico o tener
caminos alternativos.
AGENTES DESNATURALIZANTES.
1) Extremos de pH. Muchas proteínas se desnaturalizan a
valores de pH < 5 o > 10. Esto puede deberse a la ionización
de grupos en el interior de la proteína (His a pH ácido, Tyr a pH
alcalino);
a repulsión electrostática entre grupos de la
superficie de la proteína; a la destrucción de puentes salinos
importantes en la estabilización de la estructura nativa.
2) Agentes desnaturalizantes. Los más usados son la urea y el
clorhidrato de guanidina:
DESNATURALIZACION DE UNA PROTEINA.
PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS IN VITRO E IN VIVO.
In vitro: Plegamiento espontáneo, a muy bajas concentraciones de proteína
para evitar agregados. Buffer redox (GSH/GSSG) para inducir la formación
correcta de puentes disulfuro.
In vivo: Plegamiento a altas concentraciones proteicas, asistido por otras
proteínas.
1) Puentes disulfuro:
proteína disulfuro isomerasa.
Contiene
secuencias –Cys-Gly-His-Cys- y acelera unas 6000 veces el intercambio de
puentes disulfuro.
2) Uniones peptídicas X-Pro: Peptidil prolil isomerasa. En vez de ser
todas uniones en trans, como para los demás aminoácidos, un 6 % de las con
Pro es cis. La PPI acelera 300 veces la isomerización cis-trans.
3)Prevención de la formación de agregados moleculares: chaperonas
moleculares. Se unen reversiblemente a zonas desplegadas del polipéptido
naciente, evitan su agregación y facilitan su plegamiento correcto, con
consumo de ATP.