Proteínas: estructura, funciones y síntesis en biología

PROTEINAS

Nuestro gran "esqueleto"

Introducción a las Proteínas

ADN -> ARNm -> Proteína AvB (www.um.es/~molecula)

Son polímeros formados por un número variable de aminoácidos que se unen mediante enlaces peptídicos. Se puede decir que son macromoléculas formadas por cadenas de aminoácidos.

Funciones de las Proteínas

• Transporte y de reserva
• Movimiento celular
• Estructural
• Generación y transmisión de impulsos nerviosos
• Control de la expresión génica

Generalidades de las Proteínas

• Aminoácidos (= 20 aa)

  las proteinas tienen que tener mas de 100 aminoacidos

• Oligopéptidos (2-100 aa)
• Proteínas (>100 aa

Estructura primaria Estructura secundaria Estructura terciaria Estructura cuaternaria

Lys Lys Gly Gly Leu Va Ala His Amino- ácidos

Hélice a Cadena polipeptídica Subunidades ensambladas Figura 8.6

Aminoácidos

La fórmula general de un aminoácido es:

átomo de hidrógeno H átomo de carbono a H2N C COOH grupo amino grupo carboxilo R grupo de cadena lateral

La estructura de los aminoácidos proteicos es muy similar, ya que todos tienen el C a al que están unidos 4 sustituyentes como son el NH2, el COOH, el H y el grupo radical R.

La diferencia entre uno y otro aminoácido radica en la cadena lateral R, dentro de la cual en el caso de que existiesen mas carbonos se continuarían numerando según el alfabeto griego: B, x, 8, ...

Clasificación de Aminoácidos según la Cadena Lateral (R)

COOH COOH COOH COOH COOH H3NºC-H CH3 H3N-C-H CH H3C CH3 H3N-C-H CH2 CH H3C CH3 H3NºC-H H3C-CH HN-C-H 2HC __ CH2 CH2 apolares Alanine Valine Leucine Isoleucine Proline no tienen carga

H3N-C-H COOH H3N-C-H CH2 COOH H3N-C-H CH2 CH CH Glycine CH3 Methionine Phenylalanine Tryptophan

COOH COOH COOH COOH H3N-C-H H3N-C-H H3N CH H3N.C.H CH2 CH2 HC-OH CH2 CH2 CH3 SH C O NH2 o NH2 Threonine Cysteine Asparagine Glutamine OH Tyrosine no tienen carga

COOH COOR COOH COOH COOH H3N-C-H H_ICH HNCH H3N-C-H H3N-C-H CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C CH2 CH2 CH2 HC=C 0 OH C CH2 CH2 HÀ NH básicos ácidos 0 OH NH3 NH ¿ Aspartic Acid Glutamic Acid 2HN NH2 Lysine Arginine Histidine carga negativa carga positiva

COOH H3N CH H COOH COOH CH2 CH2 S H3N-C-H CH OH Serine polares sin carga CH2 C COOH H3N.C.H CH2 CH3

PÉPTIDOS

Enlace Peptídico

H H HẠN-C-C + H-IN-C-C OH OH A H R Aminoácido 1 Aminoácido 2 H2O H I-O- H -0- HON-CFC -- W -- C-C OH A R H Dipéptido

En el caso más sencillo, la unión de dos aminoácidos origina un dipéptido >

Enlace tipo amida o peptídico

• Se trata de un enlace tipo amida covalente
• Enlace que se establece entre el extremo a - carboxilo de un aminoácido y el extremo a - amino del siguiente.
• Tiene lugar conjuntamente con la formación de una molécula de agua.

R R H-N-C-C-OH H-N-C-C-OH 1 - HH O Aminoácido HO Aminoácido

R R T H-N-C-C-N-C-C-OH HHO HH O Dipéptido (a)

Alanina Glicina Tirosina Ácido Glutámico Valina Serina

OH OH C-0 - CH CH OH 1 CH H CH CH CH-CH CH I 1 1 HIN-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C-OH I 1 I I 1 1 HOHHOHHOHHOHHO H HO Grupo Amino Terminal Grupo Carboxilo Terminal Polipéptido (b)

Nutrición

Aminoácidos Esenciales

Isoleucina Leucina Lisina Metionina Fenilalanina Treonina Triptofano Valina Histidina (Solo en la niñez)

Aminoácidos No Esenciales

Alanina Arginina Asparragina Ácido aspartico Cisteína Ácido glutamico Glicina Prolina Serina Tirosina Histidina (adultos)

ESTRUCTURA DE PROTEINAS

4 NIVELES de Estructura Proteica

Estructura primaria Estructura secundaria Estructura terciaria Estructura cuaternaria

Lys Lys Gly Gly Leu Val Ala His Amino- ácidos

Hélice a Cadena polipeptídica Subunidades ensambladas Figura 8.6

La estructura primaria consiste en una secuencia de aa unida por enlaces peptidicos covalentes y enlaces disulfuro ..

Péptidos Naturales

AK Reacciones redox Regulación de la lactancia Balance hídrico Opioide endogeno Detección del dolor Inhibidor del apetito Activador del apetito

Copyright @ The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Name Amino Acid Sequence

+ GLUTATION 0 NH3 o= o= o= "O-C-CH-CH-CH2-C-NH-CH-C-NH-CH,-C-O- - OXITOCINA VASOPRESINA ENCEFALINA Atrial natriuretic factor SUSTANCIA P Bradykinin o-Melanocyte stimulating hormone MSH KOLECISTOKININA Galanin Gly-Trp-Thr-Leu-Asn-Ser-Ala-Gly-Tyr-Leu-Leu-Gly- Pro-His-Ala-Val-Gly-Asn-His-Arg-Ser-Phe-Ser-Asp-Lys-Asn-G Gly-Leu-Thr-Ser Y neuropeptido Tyr-Pro-Ser-Lys-Pro-Asp-Asn-Pro-Gly-Glu-Asp-Ala-Pro- Ala-Glu-Asp-Met-Ala-Arg-Tyr-Tyr-Ser-Ala-Leu-Arg-His-Tyr- Ile-Asn-Leu-Ile-Thr-Arg-Gln-Arg-Tyr-C-NH2 o=(

CH. SH Cys-Tyr-lle -Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 -S-S- Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2 -S-S- Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Ser1-Leu-Arg-Arg-Ser-Ser-Cys-Phe-Gly-Gly10-Arg-Met-Asp- Arg-Ile-Gly-Ala-Gln-Ser-Gly-Leu-Gly-Cys-Asn-Ser-Phe-Arg-Tyr28 Arg-Pro-Lys-Pro-Gln-Phe-Phe-Gly-Leu-Met-NH2 Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val Lys-Ala-Pro-Ser-Gly-Arg-Met-Ser-Ile-Val-Lys-Asn-Leu-Gln- Asn-Lys-Asp-Pro-Ser-His-Arg-Ile-Ser-Asp-Arg-Asp-Tyr-(SO3)- Met-Gly-Trp-Met-Asp-Phe-NH2

ESTRUCTURA PR0TEÍNAS SECUNDARIA

• Es la ordenación regular y periódica de las cadenas polipeptídicas a lo largo de un eje.
• Se estudia mediante la difracción de rayos X
• Por ejemplo: Hélice a
  • Todas las cadenas laterales están orientadas hacia el exterior.
  • Los grupos carboxilo unidos por puentes de hidrógeno que le da una estructura compacta

Cadena lateral R Oxígeno Hidrógeno R R R R R R R R Nitrógeno R R Puente de hidrógeno R Carbono, R

Estructura Terciaria

Estructura primaria Estructura secundaria Estructura terciaria Estructura cuaternaria

Lys Lys Gly Gly Leu Val Ala His Amino- ácidos

Hélice a Cadena polipeptídica Subunidades ensambladas Figura 8.6

La estructura terciaria es la que corresponde a las relaciones espaciales entre todos los aminoácidos de los polipéptidos; es decir, la estructura (3D) responsable de las propiedades biológicas de la proteína.

ESTRUCTURA PR0TEÍNAS TERCIARIA

V Interacciones entre las cadenas laterales de los AA para estabilizar la estructura V

• Covalentes: Puentes disulfuro y enlaces amida.
• No covalentes: Fuerzas electrostaticas, puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y fuerzas de polaridad.

TERTIARY STRUCTURE

Hydrophobic interactions CH2 CH OI ... O H3C H3C CH3 CH3 Polypeptide backbone CH HO -C 0- Hydrogen bond CH2 CH2 -S-S-CH2 Disulfide bridge 0 -CH2 -NH3+ -O-C-CH2 lonic bond

Estructura Terciaria: Globular y Fibrosa

Estructura globular Disposición final de los aas no consecutivos. ESTRUCTURA 3D Globular = en ovillo: enzimas, transporte ... Fibrosas: estructural: colágeno, queratinas .. Estructuras fibrosas

ESTRUCTURA PR0TEÍNAS CUATERNARIA

Estructura cuaternarla Asociación de varias cadenas polipeptídicas iguales o diferentes.

HEMOGLOBINA grupo hemo globina (proteina)

Fuerzas que Intervienen en el Plegamiento Proteico

Fuerzas Intermoleculares

• Puentes de H

  Entre grupos -OH y -NH

• Van der Waals

  Entre átomos no cargados. Acercamiento y alejamiento de enlaces electrostáticos provisionales.

• Hidrofóbicas

  Las cadenas no polares se doblan hacia el interior de la proteína.

• Electrostáticas

  Uniones entre las cargas

• Puentes disulfuro

  Entre los gripos -SH

2.1 Chemical Bonds and Interactions NAME BASIS OF INTERACTION STRUCTURE BOND ENERGY" (KCAL/MOL) Covalent bond Sharing of electron pairs H 50-110 Hydrogen bond Sharing of H atom 0=C- H Ionic interaction Attraction of opposite charges -N-H 0-0- I H van der Waals interaction Interaction of electron clouds H-H. 1 H H H H Hydrophobic interaction Interaction of nonpolar substances 1-2 H H H H

PUENTES DISULFURO

ed to separate two bonded or interacting atoms under physiological conditions. o 2001 Sinauer Associates Inc.

H 3-7 1 3-7

Estructura Proteica: DESNATURALIZACIÓN

agents: pH, temp, ionic strength, solubility

Denaturation loss of biological activty regains activity Normal protein Renaturation Denatured protein

Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Clasificación Bioquímica de Proteínas

Tipos de Proteínas

SIMPLES

Aa > proteínas

CONJUGADAS

Fosfoproteínas Lipoproteínas Glucoproteínas Cromoproteínas Metaloproteínas

Proteínas SIMPLES

Formadas solamente por aminoácidos

• Albúminas: Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina (leche)
• Hormonas: Insulina, hormona del crecimiento, prolactina, tirotropina
• Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas ... etc.

Proteínas Estructurales

• Colágenos: en tejidos conjuntivos, cartilaginosos
• Queratinas: En formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas, cuernos.
• Elastinas: En tendones y vasos sanguíneos

Proteínas CONJUGADAS

hay que saberselo

Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético".

• Glucoproteínas
• Hormona luteinizante
• Lipoproteínas
• HDL, LDL .....
• Nucleoproteínas
• Nucleosomas de la cromatina
• Ribosomas
• Cromoproteínas
• Hemoglobina, mioglobina, que transportan oxígeno
• Citocromos, que transportan electrones

DERIVADOS DE LOS AMINOÁCIDOS

OH OH OH OH .OH 'li Tir-OTT DOPA-CO2 CH- CH2 CH2 CH-NH- COOH NH- Tirosina DOPA Dopamina

OH OH OH -OH DABOH PNMI CH-OH CH-OH 1 CH2 CH2 NH3 NH-CH3 Noradrenalina Adrenalina C HO 0 Ác. pirúvico

aminas biógenas de los aminoácidos. Un ejemplo de este tipo de transformaciones son las catecolaminas ( neurotransmisores y hormonas producidas en la médula suprarrenal).

a-cetoácidos, derivan de los aminoacidos , Los más importantes son los ácidos a- cetoglutárico, oxalacético y pirúvico, provenientes de los ácidos glutámico y aspártico y de la alanina.

CH-NH2 CH- COOH

Funciones

Función Estructural

Músculo

Estrutura de um músculo esquelético Osso Perimísio Vaso sanguíneo Fibra muscular Tendão Epimísio Endomísio

ELASTINA

N Gly x Pro x x Hydroxy-Pro x Gly x y x Pro x Hydroxy-Pro x Gly C

COLAGENO

Microfibrillas Fig. 4-11. Esquema de una fibra elástica. Las microfibrillas rodean la elastina amorfa. Copyright @2002 by W.B. Saunders Company. All rights reserved. Feixe muscular Centro de elastina glycine-

Funciones Reguladoras

• Hormonas
• Enzimas
• Proteínas transportadoras
• Mantener el equilibrio de agua (ósmosis)
• Proteínas de anillamiento y movimiento
• Regulación del pH
• Generación y transporte de la estímulo nervioso