Apuntes de Proteínas de la Umh. Miguel Pascual Gadea

BIOQUÍMICA

INTRODUCCIÓN A LAS PROTEÍNAS

Las proteínas son necesarias para llevar a cabo las funciones de los seres vivos excepto la transmisión de la expresión genética. Pueden hacer muchas cosas por la combinación de los 20 aminoácidos (estos codifican información para formar proteínas)

FUNCIONES BIOLÓGICAS

• ENZIMÁTICA: amilasa, tripsina, quimotripsina, etc. Con actividad catalítica.
• TRANSPORTE: la hemoglobina y mioglobina transportadoras de oxígeno en la sangre. Las lipoproteínas plasmáticas transportan grasas y colesterol en la sangre. Proteínas transportadoras y proteínas canal: trasporte de sustancias a través de la membrana.
• RESERVA O NUTRIENTES: la avidina y ovoalbúmina del huevo. La caseína de la leche.
• CONTRÁCTIL: actina y miosina constituyentes de las fibras musculares.
• ESTRUCTURAL: Colágeno, Elastina y Queratina como proteínas fibrosas con función estructural en tejidos. Las histonas son parte de la estructura del cromosoma.
• DEFENSIVA: las inmunoglobulinas (anticuerpos). Trombina y fibrina proteínas de coagulación sanguínea.
• REGULADORA: insulina, glucagón, tiroxina, etc (hormonas peptídicas). Factores de iniciación que regulan la expresión de los genes. La ciclina que regula las fases del ciclo celular. Las proteínas G, que regulan la actividad de subunidades enzimáticas.
• HOMEOSTATICA: las acuaporinas que mantienen el equilibrio osmótico. La albúmina sérica que actúa en la regulación del pH.
• OTRAS: prácticamente cualquier función que realice un ser vivo suele requerir la actividad de proteínas específicas.

TAMAÑO Y MASA MOLECULAR DE LAS PROTEÍNAS

El tamaño medio seria la hemoglobina y albumina sérica. Un dalton es el equivalente a la masa de un átomo de hidrogeno.

• Tamaño medio: 60000 Dalton
• Tamaño pequeño: debajo de 50000 Dalton (citocromo C)
• Tamaño grande: superan los 70000 Dalton (Titina)

El tamaño medio de un (aminoácido) tiene una masa de 110 Da. Por tanto, podemos calcular cuantos residuos aproximados tiene una proteína dividiendo su Masa Molecular (en Daltons), por 110

PROTEINAS CONJUGADAS

Las proteínas conjugadas son proteínas formadas por una parte proteica unida covalentemente a una parte no proteica denominada "grupo prostético"

U2 TEMA 2.3.1: PROTEÍNAS 1º FARMACIA UMH. MIGUEL PASCUAL GADEA BIOQUÍMICA

CAUSAS DE LA VARIABILIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL

El Dogma central de la biología molecular afirma que: 1 secuencia de ADN única (gen)->1 proteína->1 estructura única->1 función única Hay proteínas codificas por varios genes, incluso por ADN nuclear y ADN ribosomal. Hay excepciones en las que un mismo gen puede codificar distintas proteínas (splicing), o que una proteina este codificada por varios genes. La secuencia de aminoácidos de una proteína nos informa sobre la estructura (y por tanto función), localización y evolución. Si se pierde la estructura se pierde la función

PROTEINAS HOMOLOGAS

Proteínas con función similar (homologas): tienen una secuencia con al menos 25% de homología, por tanto tendrán secuencia y estructura similar. A mayor homología mayor parecidas serán, en cambio, las proteínas con función distinta tienen secuencia de aminoácidos distinta. Algunos cambios puntuales de aminoácidos de la secuencia pueden estar permitidos si no alteran mucho la estructura y tampoco la función. Por lo general, una alteración la secuencia de aminoácidos implica normalmente un cambio estructura y por tanto un cambio de función.

Proteínas con función similar (homólogas):

• Secuencia de aminoácidos similar >25%
• Estructura similar

Proteínas no homólogas:

• Secuencia de aminoácidos distinta (menos del 25%).
• Estructura distinta.

CARACTERISTICAS DE LAS PROTEINAS HOMOLOGAS

• Guardan relación evolutiva entre sí.
• Presentan la misma función en especies diferentes
• Presentan aminoácidos invariables (la mayoría), y algunos aminoácidos variables (muy concretos y consecuencia de la evolución de las especies).
• Pueden presentar algunos aminoácidos variables que pueden ser de 2 tipos:
  • Sustituciones conservadoras que sustituirían aminoácidos con características muy similares (p.e. Asp y Glu), y que no alterarían mucho la estructura ni tampoco la función. Estos cambios, serían comunes dentro de la misma especie o entre especies próximas evolutivamente.
  • Sustituciones no conservadoras que sustituirían aminoácidos con características distintas (p.e. Lys y Ala), y que podrían alterar la estructura y la función adaptandola a las condiciones de cada especie. Se darían entre especies más alejadas evolutivamente.

BIOQUÍMICA U2 TEMA 2.3.1: PROTEÍNAS 1º FARMACIA UMH. MIGUEL PASCUAL GADEA

Proteínas homólogas

• Pueden confeccionarse árboles evolutivos de las proteínas homólogas, analizando el número de aminoácidos diferentes entre proteínas con funciones similares, pero de especies diferentes.
• Los números indican cuantos aminoácidos son diferentes respecto al antepasado común (puntos de ramificación)
• El número de aminoácidos diferentes suele aumentar con la distancia evolutiva entre las especies.

La secuencia primaria informa de la evolución, cambios en la proteína a lo largo de la evolución.

• Sustituciones conservadoras que sustituirían aminoácidos con características muy similares (p.e. Asp y Glu), y que no alterarían mucho la estructura ni tampoco la función. Estos cambios, serían comunes dentro de la misma especie o entre especies próximas evolutivamente
• Sustituciones no conservadoras que sustituirían aminoácidos con características distintas (p.e. Lys y Ala), y que podrían alterar la estructura y la función adaptándola a las condiciones de cada especie. Se darían entre especies más alejadas evolutivamente.

Si hay muchas sustituciones no conservadoras habrá cambios en la función ya que están muy lejos. Si es muy alto entramos en las no homologas La variabilidad estructural de las proteínas se debe a la evolución de las especies. Al cambiar los aminoácidos invariables cambia la proteína (no pueden cambia) Supone cambio de aminoácido que es químicamente similar (cambio conservativo/sustitución conservadora) Si la especie tiene el cambio y afecta aminoácidos importantes en la estructura puede ser que la estructura y función final sea muy distinta (cambio no conservativo/sustitución no conservadora) La secuencia primaria informa de la evolución y sus cambios en las distintas especies.

PROTEINAS NO HOMOLOGAS

La composición aminoacídica de cada proteína es característica y las diferencias de estructura/función, se reflejan en diferencias significativas en el número relativo de cada clase de aminoácidos que contienen. El número total de la proteína y la proporción de cada aminoácido de ellas pueden decir si son homólogas o no.

MUTACIONES

La pérdida de la estructura y por tanto de la función de una sola proteína puede generar patologías.

BIOQUÍMICA U2 TEMA 2.3.1: PROTEÍNAS 1º FARMACIA UMH. MIGUEL PASCUAL GADEA Si hay una mutación puede ser un cambio conservativo (no hay problema) o a un cambio no conservativo que de lugar a una patología.

ESTRUCTURA PRIMARIA (insulina)

N-Ala-Val-Ile-Pro-Phe-Arg-Lys-Cys-Asp-Glu-Tyr-Thr-Met Hay ao que favorecen unas estructural u otras. S Met S Met Met-Asn-Gln-His-Cys-Glu-Tyr-Thr-Ala-Cys-Ile-Pro-Phe-Arg-Phe' / lle S 1 Val S Phe-Ala-Val-Gly-Cys-Phe-Arg-Lys-C Sanger 1953: la Insulina fue la primera proteína secuenciada. Utilizó el FDNB (reactivo de Sanger). Se define como la secuencia de aminoácidos del péptido o proteína incluyendo la información sobre la posición de las Cisteínas que intervienen en la formación de puentes disulfuro (Cistinas) Condiciona la estructura final y la funcional de la proteína, por ello su conocimiento permite predecir su función. Permite conocer su homología con otras proteínas, así como las relaciones genéticas y evolutivas con otras especies. La estructura primaria condiciona el plegamiento posterior de la proteína

ESTRUCTURA SECUNDARIA

CARACTERISTICAS

• Disposición repetitiva y regular del esqueleto polipeptídico a lo largo de un eje.
• Las cadenas laterales R suelen quedar orientadas hacia fuera de esta estructura.
• Las estructuras secundarias están sustentadas por puentes de hidrógeno entre grupos dadores (N-H) y aceptores (C=O) de los enlaces peptídicos. (ENTRE LOS ELEMENTOS DEL ENLACE PEPTIDICO, SI ES POR CADENAS LATERALES NO ES ESTRUCTURA SECUNDARIA)

HÉLICE ALFA

• Estructura secundaria muy abundante en las proteínas globulares.
• La cadena polipeptídica se enrolla de forma compacta hacia la derecha alrededor del eje longitudinal de la molécula (eje imaginario), formando una hélice dextrógira (gira hacia la derecha) (Las hélices alfa levógiras no existen en la naturaleza).
• Tiene 3,6 aminoácidos por vuelta (5,4 Å). Las Cadenas laterales R quedan orientadas hacia el exterior de la hélice. (examen)
• La estructura se estabiliza mediante puentes de hidrógeno intracatenarios entre el grupo C=O del enlace peptídico de un aminoácido (primero) y el grupo N-H del enlace peptídico del 4o aminoácido después de él.
• Los puentes de hidrógeno se disponen paralelos al eje longitudinal de la hélice estabilizándola y proporcionándole resistencia al estiramiento.

Los puentes de hidrogeno impiden que la hélice se extienda.

ELEMENTOS ESTABILIZADORES

Las secuencias que alternan a.a. (+) y a.a (-) cada 3-4 a.a. (aproximadamente una vuelta de hélice), favorecen la estabilidad por atracción entre cargas p.e. Troponina C. · En otras proteínas se ha visto que espaciamientos similares entre aminoácidos aromáticos favorecen la estabilidad por atracción hidrofóbica entre las cadenas laterales.