Curso Académico 2009-2010

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

Departamento de Bioquímica y Biología MolecularFacultad de VeterinariaCampus de Lugo

Estructura convencional de un aminoácido

- Los aminoácidos constitutivos de las proteínas: -Unidos a un mismo carbono asimétrico o carbono : Grupo amino.

Grupo carboxílico. Un grupo lateral R.

Son moléculas simples caracterizadas por poseer un grupo amino y un grupo ácido.Algunos aminoácidos son los constituyentes de las proteínas.Además verifican otras funciones como ser neurotransmisores y precursoresde otras biomoléculas

Estereoisomería

La gran mayoría de los aminoácidosnaturales son L-aa.

Ambas formas constituyen un tipode estereoisómeros denominadosENANTIOMEROS.

La existencia del carbono asimétrico central o carbono hace que las moléculas de aminoácido sean ópticamente activas.

La pertenencia a las series D o L se hace en base a la posición del grupo aminorespecto a Ca. Si los aa son d o l la clasificaciónse realiza respecto hacia donde hacen girar el plano de la luz polarizada. (No todos los L-aa son levógiros)

Son imágenes especulares de losaminoácidos.

Serie L. grupo amino hacia la izda.Serie D. grupo amino hacia la dcha.

Los aminoácidos se clasifican de acuerdo a las propiedades polares, o a la carga eléctrica parcial de su grupo R (condiciona la solubilidad):

- aminoácidos con grupos R no polares alifáticos

- aminoácidos con grupos R polares sin carga

- aminoácidos con grupos R aromáticos

- aminoácidos con grupos R cargados positivamente

- aminoácidos con grupos R cargados negativamente

Los aminoácidos pueden ser:proteinogénicosderivados de proteinogénicosno proteinogénicos

Aminoácidos presentes en las proteínas (Proteinogénicos)

Aminoácidospresentes enlas proteínas

Aminoácidos con grupos R no polares alifáticos Grupos R apolares o

hidrofóbicos

La conformación de su grupo R confiere una rigidez notable a la estructura de las proteínas de las que forma parte reduciendo la flexibilidad estructural

Prolina

Aminoácidos con grupos R polares sin carga

Los grupos R confieren a estos aamas solubilidad en agua, puesto que pueden formar puentes de hidrógeno con el agua.

Serina: Grupo alcoholTreonina: Solubilidad por el hidroxilo.Cisteina: Grupo sulfidriloAsparagina: Grupo aminoGlutamina: Grupo amino.

Aminoácidos con grupos Raromáticos

Cadenas laterales de carácter aromático yapolar. Intervienen en interacciones hidrofóbicas

Absorben luz ultravioleta:Característico de las proteínas (280 nm)

Aminoácidos con grupos R cargados positivamente

Carga neta positiva a pH 7.0

Lisina: grupo amino primario adicionalen la posición e de la cadena alifática

Arginina: posee un grupo guanidinio Cargado positivamente.

Histidina: Posee un grupo imidazol

Todos poseen 6 átomos de carbono

Aminoácidos básicos

Aminoácidos con grupos R cargados negativamente

Aminoácidos ácidos

El grupo R posee una carga neta negativa a pH 7.0

Tienen un segundo grupo carboxilo

Aminoácidos presentes en las proteína modificados después de la traducción

Aminoácidos no proteicos

Carnitina

Creatina

Taurina

L-DOPA

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

Todos los aminoácidos tienen al menos dos grupos ionizables y por eso su carga eléctrica depende delpH del medio. Los grupos COOH en el carbono son más ácidos que los ácidos monocarboxilicos simples. El grado de basicidad del grupo -amino también es diferente.

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

+pI

Enlace peptídico, péptidos y proteínas

Para formar los péptidos y proteínas, los aminoácidos se unen mediante un tipo deenlace denominado “enlace peptídico” o “enlace amidico”. En el interviene el grupocarboxilo del primer aminoácido y el grupo amina del segundo.

Enlace peptídico

Se forma por eliminación de una moléculas de agua procedente de la reacción delgrupo carboxilo de un aminoácido (1) y el grupo amino de otro (2).

Es una reacción de condensación.La reacción NO está favorecida en el sentido de producir del dipeptido

El enlace peptidico genera una estructura planar muy rígida en tornoa la cual no existe libertad de rotación.Si existe posibilidad de rotación entorno a los carbonos

- Polipéptidos poseen masa molecular inferior a 10000 daltones

- Proteínas poseen masa molecular superior a 10000 daltones

¿Que diferencias hay entre péptidos y proteinas?

glucagon

Insulina humana

Grupo carboxilo-terminalNomenclatura de los péptidos

Grupo amino-terminal

CysTyrPheAsp ValAla SerGly

CysTyrPheAsp ValAla SerGlyCysTyrPheAsp ValAla SerGly

Amino-terminal Carboxilo-terminal

Nomenclatura de los péptidos y las proteinas

NH3+-Gly-Ala-Ser-Asp-Phe-Val-Tyr-Cys-COOH

Define la estructura primaria del péptido o la proteína: Orden consecutivo de losaminoácidos partiendo de aquel que aporta el amino terminal y finalizando con el portador del carboxilo terminal.

Estructura de las proteínas

La variedad de estructuras de proteínas puede ser infinita :

La media tiene 300-400 aa y una masa molecular entre 30 y 45 kDa. Una proteína de 300 aa puede poseer 20300 combinaciones de aa.

La primera proteína secuenciada fue la Insulina (Sanger).

En la actualidad se conoce la secuencia de 10.000 proteínas:

E. coli contiene del orden de 3.000 proteínas diferentesH. sapiens fabrica alrededor de 100.000 proteínas.

F. Sanger

Estructura de lainsulina

Propiedades ácido-base de los péptidos y las proteínas

- La carga eléctrica de una proteína depende de las cargas de las cadenas R de los aminoácidos que conforman la proteína o el péptido.

- En ningún caso la carga de los grupos amino y carboxilo implicados en el enlace peptídico están implicadas en el comportamiento de la molécula.

- Los grupos amino terminal y carboxilo terminal están implicados en la carga eléctrica general de la molécula pero en un menor grado.

- La carga de los grupos R de las distintas proteínas van a estar condicionadas por el pH del medio y van a condicionar a su vez las interacciones entre los diversos tramos de estructura primaria de la proteína.

Funciones: Catalítica EnzimasTransporte Hemoglobina, Albúmina, LigandosAlmacenamientoOvoalbúmna, Gluten, CaseínaEstructural Colágeno, QueratinasMotoras Actina, Miosina, TubulinaDefensiva Inmunoglobulinas, Trombina, etc…Señalización Hormonas, Factores de crecimientoReceptores Rodopsina, Acetilcolina, Insulina,

Nomenclatura: - Albúminas : Solubles en agua. Albúmina. Enzimas

- Globulinas: Solubles en soluciones salinas. Inmuno- globulinas

- Prolaminas: Insolubles an agua - Glutelinas: Solubles en acido/base diluidas

- Protaminas: 80% Arginina - Histonas: 90 % Arg, Lys o His

- Escleroproteinas: Insolubles en agua. Colageno. Queratinas

PROTEINAS

ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS

Estructura primaria de una proteína

Secuencia lineal de los aa.

Grupo aminoterminal

Grupo carboxilo terminal

Estructura secundaria de las proteínas

Son generadas por enlaces de Hidrógeno

Hoja plegada

- Disposiciones regulares y repetitivas en el espacio de aminoácidos adyacentes en una cadena polipeptídica

- Hélice

ESTRUCTURA SECUNDARIA EN -HELICE

. El péptido se ordena en torno a un eje lineal

. Es como un cilindro rígido

. Los grupos R se orientan hacia fuera

. 3.6 aa por cada giro

. El paso de rosca mide 0,54 nm

. La hélice gira en el sentido de las agujas de un reloj. ¼ de la estructura de las proteínas globula- res se orienta como -hélice

ESTRUCTURA SECUNDARIA EN HOJA PLEGADA O CONFORMACION B

Hoja plegada en zig-zag lineal

Estabilizada por enlaces de HidrógenoGrupos R hacia el exterior de la hojaEstructura mucho mas rígida

Características

MOTIVOS DE REPETICION

: Hojas plegadas paralelasconectadas por hélices

Meandro-: Hojas plegadas antiparalelasunidas mediante vueltas cortas.

-hélice que puede atravesaruna bicapa lipídica: Hay interacción entre los grupos R hidrofóbicos y losácidos grasos de la bicapa.

- Para -hélices

- Para conformaciones

Proporción de los distintos aminoácidosen distintas estructuras secundarias.

Dominio

Es un nivel de estructura intermedio entre la estructura secundaria y la terciaria.

-Se trata de una región compacta, que constituye una unidad estructural particular en el ámbito de una cadena polipeptídica mayor.- Los dominios se pliegan independientemente dando lugar a estructuras termodinámicamente estables. - Una cadena polipeptidica puede contener varios dominios con funciones especificas separadas.

.

• .

Dominios presentes en distintas proteína quinasa

-sandwich-barriles

Estructura secundarias y propiedades de las proteínasfibrosas

Estructura Características Ejemplos

Triple hélice Resistencia a tensión Colágeno

Hélice , entrecruzada Estructuras protectoras -queratinasmediante enlaces disulfuro

Conformación Filamentos suaves y flexibles Fibroina (seda)

Rico en Glicina (30%) y Prolina y sus derivados hidroxilados (20%)

Estructura del Colágeno . Se encuentra en el tejido conjuntivo formando parte de tendones, cartílagos y la matriz orgánica de huesos y cornea de los ojos.. Es una hélice levógira mas extendida que la -hélice y con tres residuos de aa. por vuelta.

No está estabilizada por enlaces de hidrógeno sino que la estructura se estabiliza por la superposiciónde tres hélices que gira hacia la derecha

Estructura de la fibra de colágeno

. El empaquetamiento se produce mediante enlaces covalentes entre residuos de Lisina y Hidroxilisina o Prolina e hidroxiprolina.

30% Gly11% Ala20% Pro y 4,OHPro

Gly-X-Y

- Los restos de Hidroxilisina e hidroxiprolina se forman después de la biosíntesis del Colágeno mediante lo que se denomina una modificación postraduccional.- Cuantos mas enlaces covalentes mayor rigidez de la fibra (Aumentan con la edad).

Estructura de la fibra de colágeno

Biosíntesis de colágeno

-QUERATINAS

- Forman estructuras del pelo, uñas, cuernos, cascos, pezuñas, etc..- Es un componente importante del citoesqueleto.- Rica en aminoácidos básicos: Lisina, Arginina e Histidina.

Levógira

Enlaces disulfuro

Dextrógira

Las hélices de queratina están entrelazadas por numerosos puentes disulfuro,por lo que son mas estables.

El ondulado o rizado del cabello o lana, se basa en la ruptura de dichos puentesdisulfuro mediante compuestos tiolicos.

La forma al cabello se logra después mediante un secado en caliente pues poroxidación se forman nuevos puentes disulfuro

Fibroína de la seda

Dos estructuras de hoja plegada antiparalelas ordenadas en numerosas capas superpuestas.El 80% se compone de Glicina-Alanina-Serina. Son los aa. con grupos R mas pequeños.Gli-Ala-Gli-Ala-Gli-Ser- es la secuencia mas repetida.

Estructura terciaria

Es el plegamiento completo en 3D de un péptido o proteína

Se trata de la conformación mas estable de una proteína

Se encuentran implicados enlaces no covalentes:

Enlaces puentes de HidrógenoEnlaces de Van der WaalsEnlaces iónicos

Enlaces covalentes:

Puentes disulfuro

Estructura terciaria de la mioglobina

M. Perutz

Estructura cuaternaria de las proteínas

Algunas proteínas para llevar a cabo su actividad biológica necesitan asociarse, de tal modo que la asociación en el espacio de las distintassubunidades u monómeros generan un conjunto o multímero por mediode interacciones débiles.

Estructura cuaternaria

La conformación de las proteínas es critica para su función

Desnaturalización: Pérdida de su conformación en 3D. Pérdida de actividad biológica.

Causas: Cambios en el medio por variación de la Temperatura, pH, presencia de solventes orgánicos, detergentes, etc.

Renaturalización: Recuperación de la actividad biológica.

Forma espacial de las proteínas y conformación.

La conformación nativa de las proteínas es la orientación espacial masestable desde el punto de vista termodinámico, mediante el menor gasto de energía.

Las conformaciones mas frecuentes son: Hélice: Forma espiralFibra: Monómeros elongados unidosGlobular: Esferas (1)

(1) La conformación nativa mas frecuentede las enzimas es la globular. Con un bolsillo interior donde se encuentran los aa. hidro-fóbicos y una superficie externa donde están los aa. polares.

Tipos de conformación

La conformación está garantizada por:Enlaces no covalentesEnlaces puente de HidrógenoFuerzas hidrofóbicas e hidrofílicasInteracciones covalentes: puentes bisulfuro

¿ Como tiene lugar el plegamiento ?

- El proceso tiene lugar de un modo secuencial, de acuerdo a la estructura primaria que impone las subsiguientes. Cada fase facilita la siguiente. - Si el proceso tiene lugar desprotegido, las proteínas pueden interactuar con otras rápidamente o en algunos casos pueden ser degradadas y no llevar a cabo su función.

Las proteínas que adquieren su conformación que proporciona su actividadbiológica inmediatamente después de su síntesis deben ser ayudadas en suplegamiento. La protección supone el éxito de su función.

La protección es realizada por unas proteínas especiales llamadasCHAPERONAS o proteínas de choque térmico.

CHAPERONAS

Mecanismo de actuación de GroEL y GroES

Relación de la perdida de conformación y la enfermedad

Enfermedad de Creutzfeld-Jacob: HumanosEnfermedad de las vacas locas

Tanto la proteína nativa como la conformación patológica (Prión)Poseen la misma secuencia.

A. Proteina normal. PrPc.

En su mayor parte -hélices.Es soluble en agua

B. Anormal PrPSC

45% Hoja plegadaInsolubleInsensible a proteasasProduce agregados enla superficie de lascélulas que mueren.

DEGRADACION DE PROTEINAS(Digestión/Turnover)

Las células contienen mecanismos especializados para digerir proteínas:

- Para recuperar y reciclar proteínas de vida media corta- Para reconocer y eliminar proteínas dañadas o mal plegadas que pueden conducir a procesos patológicos

- Algunas proteínas son degradadas en el citosol por la acción de proteasas que hidrolizan enlaces peptídicos.

- Otras proteínas son degradadas en los lisosomas vía fagocitosis

- Muchas proteínas son degradadas por complejos de enzimas proteolíticos denominados PROTEOSOMAS mediante un mecanismo conocido por proteolíisis mediada por Ubiquitina (UMP)

PROTEOSOMAS

- Son grandes complejos multienzímaticos.- En el hombre existen entre 20000 y 30000 proteosomas.- Cada proteosoma es un molécula de 2400 kDa constituida por cuatro partes:

1) Una unidad reguladora tapadera que reconoce proteínas ubiquitinizadas.2) Una base de 4 () anillos de proteína con actividad proteasa (Donuts)3) Una Tapadera base.

Cada tapadera posee 6 unidades de ATPasa.

Digestión de proteínas

Comienza con la adición por la célula de Ubiquitina a proteínas que van a ser de-gradadas.

La Ubiquitina son péptidos de 76 aa. Con secuencia muy conservada.Ubiquitin ligasas (E1, E2 y E3) ligan la ubiquitina a la proteína a degradar.

La proteína unida a ubiquitina entra en la cámara del proteosoma donde lasproteasas del núcleo rompen los enlaces peptídicos dando lugar a péptidos.

La Ubiquitina se recicla con posterioridad.

Ubiquitina

FUNCIONAMIENTO DEL PROTEOSOMA

Heteroproteinas o Complejos proteicos

Glucoproteinas: Carbohidrato + Proteínas

Receptores de membrana

Nucleoproteínas: Acido nucleico + Proteínas

ADN + Histonas

Lipoproteínas: Lípido + Proteínas

LDL, HDL, VLDL

Estructura de las glicoproteinas

Complejo de Von Willebrand

NUCLEOPROTEINAS:

Histonas

Histonas

Proteínas con secuencias muy conservadas. Carga positiva que compensa la carga negativa del ADN

LIPOPROTEINAS

Lipoproteina HDL

PIRUVATO DESHIDROGENASA

A Piruvato deshidrogenasa 8 dímerosB Dihidrolipoil transacetilasa 8 trímerosC Dihidrolipoil deshidrogenasa 6 dímeros

COENZIMAS

Pirofosfato de TiaminaCoenzima AAcido LipoicoFAD+

NAD+

PROTEINAS

COMPLEJOS MULTIENZIMATICOS

ATP-Sintasa

COMPLEJOS MULTIENZIMATICOS