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AMINOACIDOS Y PROTEINAS ESTRUCTURA Y FUNCIÓN Dra. Floria Pancetti Marzo 2007

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Leer capítulos Nº3, Nº4 y Nº5 de “Lehninger: Principios de Bioquímica” Nelson, Cox. Cuarta Edición. http://bcs.whfreeman.com/lehninger/ No está demás leer capítulos Nº1 y Nº2  Ecuación de Henderson-Hasselbach

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John C. Kendrew Max F. Perutz Descifraron la estructura de la mioglobina y la hemoglobina. Recibieron el Premio Nobel en 1962.

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Aminoácidos Estructura general de un aminoácido: R

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En los sistemas vivos el isómero más abundante es el L. El D sólo existe en pequeñas cantidades, por ejemplo en bacterias.

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Formación de un puente disulfuro por la oxidación del grupo sulfidrilo de do moléculas de cisteína.

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Los aminoácidos se comportan como ácidos y bases Como ácido: Como base:

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Las moléculas que poseen esta característica dual (se comportan como ácidos o bases) se llaman anfolitos.

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El punto isoeléctrico es el valor de pH al que el aminoácido presenta una carga neta igual al cero.

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pI = ½ (pK1 + pK2) Glicina

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Los péptidos y las proteínas se forman por la unión de aminoácidos, mediante un enlace llamado enlace peptídico. Enlace peptídico Este enlace se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) del primer aminoácido y el grupo amino (-NH2) del segundo aminoácido. La característica principal de este enlace es que no permite el giro de los elementos unidos por él, por lo que es un enlace rígido. Además es muy estable. Péptidos y Proteínas

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Los péptidos Los péptidos son moléculas formadas por aminoácidos unidos por enlace peptídico. El número de aminoácidos puede oscilar entre dos y cien; más de cien aminoácidos se considera una proteína. Incluso, si el número de aminoácidos es menor que cien, pero el peso molecular es mayor que 5.000 Daltons, la molécula sería una proteína. Por ejemplo, la insulina es un péptido metabólicamente importante. Oligopéptido: Pocos residuos de aminoácidos Polipéptido: Muchos residuos de aminoácidos

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Los péptidos tienen curvas de titulación características y pI característicos. Los pKa de los grupos R de los aminoácidos cambian cuando éstos forman parte de una cadena peptídica.

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Los péptidos de diferentes tamaños pueden cumplir diversas funciones. Ej. Aspartame (Nutrasweet) Algunas hormonas como la oxitocina (9 residuos de aminoácidos). Es secretada por la glándula pituitaria y estimula las contracciones uterinas. Bradiquinina (9 residuos), inhibe la inflamación de los tejidos. Factor liberador de tirotropina (3 residuos), se forma en el hipotálamo y estimula la liberación de tirotropina de la pituitaria. Insulina: dos cadenas polipeptídicas, una de 30 residuos de aminoácidos y la otra de 21 residuos. Glucagón: tiene 29 residuos.

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¿De qué tamaño son las cadenas polipeptídicas en las proteínas? En humanos, el citocromo c tiene 104 residuos de aminoácidos, mientras que titin, una proteína de músculo presente en los vertebrados, tiene 27.000 residuos. En promedio tienen 2.000 residuos de aminoácidos.

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Algunas proteínas están formadas por más de una cadena polipeptídica, que interaccionan de forma no covalente o covalente por puentes disulfuro. Ej: Hemoglobina; tiene 4 cadenas polipeptídicas (o subunidades). Dos cadenas llamadas alfa y dos llamadas beta. Por lo tanto es un heterotetrámero. Si todas las subunidades fuesen idénticas (por ejemplo, todas alfa, o todas beta) hablaríamos de un homotetrámero. Las cadenas polipeptídicas se pueden hidrolizar (romper los enlaces peptídicos) para estudiar la composición aminoacídica.

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Proteínas conjugadas: Además de los aminoácidos, contienen otros grupos químicos. La parte no aminoacídica de una proteína conjugada se llama grupo prostético. Ej: Lipoproteínas, contienen lípidos Glicoproteínas, contienen azúcares Metaloproteínas, contienen un metal. El grupo prostético es importante para la función biológica de la proteína.

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Estructura y Función de las Proteínas La estructura tridimensional de una proteína está determinada por su secuencia de aminoácidos La función de una proteína depende de su estructura Cada proteína tiene una estructura única Mayoritariamente, las fuerzas que estabilizan la estructura terciaria de las proteínas son no covalentes. El arreglo espacial de átomos en una proteína se llama conformación.

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Conformación nativa: es la más estable, y es en la que se encuentran las proteínas en su entorno fisiológico. Depende de: Interacciones hidrofóbicas Interacciones electroestáticas Puentes de hidrógeno Puentes disulfuro “Reglas de oro” en relación a la estructura de proteínas: Los residuos de aminoácidos hidrofóbicos se orientan hacia el interior de la proteína, lejos del agua. El número de puentes de hidrógeno “dentro” de la proteína aumenta. Excepciones: proteínas de membrana y proteínas insolubles.

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Estructura secundaria: conformación local de alguna parte del polipéptido. Corresponde al “esqueleto” del polipéptido. La hélice a es la estructura secundaria más común. La hélice a está estabilizada por puentes de hidrógeno

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Tipos de factores que afectan la estabilidad de la hélice a: Repulsión electroestática (o atracción) entre residuo de aminoácidos sucesivos con grupos R cargados. Residuo adyacentes con grupos R voluminosos Presencia de residuos de prolina o glicina

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Conformación b El esqueleto polipeptídico forma un zig-zag. Si se encuentran varias cadenas en zig-zag, una al lado de la otra, se forman “plisados” y la estructura se llama lámina b. Las láminas pueden ser paralelas o antiparalelas. Lámina b antiparalela. Vista lateral Vista de arriba

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Los grupos R de los residuos de aminoácidos de las láminas b deben ser relativamente pequeños.

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Proteínas fibrosas: abundan en estructuras que dan soporte, forma y protección externa a los vertebrados. Proteínas globulares: Presente en la mayoría de las enzimas y proteínas reguladoras de metabolismo.

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a-queratina: presente en al piel, pelo, uñas. La estructura cuaternaria (dos cadenas) está estabilizada por puentes disulfuro.

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Colágeno: compone el tejido conectivo como tendones, cartílago, la matriz orgánica de los huesos y la córnea del ojo. La estructura secundaria del colágeno es diferente de la hélice a, por eso se llama cadena a. Aminoácidos presentes en el colágeno: Glicina 35% Alanina 11% Prolina 21% La gelatina (verdadera, no sucedáneo) deriva del colágeno y tiene poco valor nutricional porque no contiene aminoácidos esenciales para la dieta humana.

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Fibroína de la seda: Es producida por insectos y arañas. En su estructura predomina la conformación b. Es rica en residuos de alanina y glicina (grupos R pequeños) lo que permite la formación de láminas b. La estructura es flexible a raíz de que no hay interacciones covalentes como puentes disulfuro.

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Estructuras secundarias y propiedades de proteínas fibrosas Estructura Características Ejemplos de ocurrencia a hélice, entrecruzada Rígido, estructuras a queratina del pelo, plumas por puentes diulfuro protectoras insolubles uñas de dureza y flexibilidad variables Conformación b Filamentos suaves y Fibroína de la seda flexibles Colégeno hélice Resistencia a la alta Colágeno de los tendones, triple tensión, sin estiramiento matriz de los huesos. Las proteínas fibrosas son insolubles en agua.

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Proteínas globulares Presentan diversidad estructural y funcional. Proteínas de este tipo son: enzimas, proteínas de transporte, proteínas motoras, proteínas reguladoras, inmunoglobulinas, entre otras.

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Mioglobina: Fue la primera proteína globular cuya estructura fue dilucidada en los años 50. Es una pequeña proteína que une oxígeno en las células musculares. Es una única cadena polipeptídica que tiene un grupo prostético heme (hierro más protoporfirina).

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citocromo c lisozima ribonucleasa Métodos para estudiar la estructura tridimensional de una proteína: Difracción de rayos X Resonancia magnética nuclear

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Algunas proteínas adquieren su configuración terciaria gracias a otras proteínas llamadas chaperonas y chaperoninas. Estas proteínas se encuentran desde bacterias a humanos.

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Los defectos en el plegamiento de proteínas pueden ser fatales. Ej: La enfermedad de los priones (Enfermedad de las vacas locas en bovinos y Creutzfeldt-Jakob en humanos). En general, se trata de encefalopatías enpongiformes. Son causadas por la proteína prion.

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Estructura cuaternaria de proteínas Una proteína con muchas subunidades se llama multímero. Una proteína multimérica puede tener entre dos hasta cien subunidades. Un multímero con pocas subunidades se llama oligómero. La primera proteína oligomérica que su estructura fue dilucidada fue la hemoglobina. Contiene 4 cadenas polipeptídicas y 4 grupos prosté- ticos heme.

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Dos subunidades a y dos b. (a y b no se refiere a la estructura secundaria).

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Función de la hemoglobina: transporte de oxígeno Estructura y función de las proteínas