BIOLOGIA CELULAR

ESTRUCTURA Y FUNCION DE LAS PROTEINASDR. JACOBO

PROTEINAS

Las proteínas Son grandes moléculas formadas por la

unión de varios aminoácidos. Las proteínas cumplen una función esencial en el organismo de los seres vivos, pues están involucradas en todos los procesos biológicos que ocurren en el cuerpo.

PROTEINAS

Aminoácidos Los aminoácidos son moléculas orgánicas

pequeñas que contienen un grupo carboxilo (COOH) y un grupo amino (NH2). El grupo carboxilo es ácido débil, mientras que el grupo amino es básico débil.

Enlace peptídico Unión de dos aminoácidos mediante la

pérdida de una molécula de agua entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo del otro.

ESTRUCTURAS DE LAS PROTEINAS

La forma de una proteína es especificada por su secuencia de aminoácidos.

Las proteínas se pliegan en una conformación de menor energía.

Adaptan una gran variedad de formas complejas. La hélice a y la lamina B son patrones de

plegamiento comunes. Los hélices se forman fácilmente en las

estructuras biológicas. Las laminas B forman estructuras rígidas

centrales en muchas proteínas.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS

Estructura primaria La estructura primaria de las proteínas hace referencia

a la secuencia de aminoácidos que la componen, ordenados desde el primer aminoácido hasta el último. El primer aminoácido tiene siempre libre el grupo amina, por lo que se le da el nombre de aminoácido n-terminal. El último aminoácido siempre tiene libre el grupo carboxilo, por lo que se denomina aminoácido c-terminal.

Para determinar la secuencia no basta con saber los aminoácidos que componen la molécula; hay que determinar la posición exacta que ocupa cada aminoácido.

La estructura primaria determina las demás estructuras de la proteína.

 

ESTRUCTURA SECUNDARIA

 Estructura secundaria

La estructura secundaria de una proteína es un nivel de organización que adquiere la molécula, dependiendo de cómo sea la secuencia de aminoácidos que la componen. La rigidez del enlace peptídico, la capacidad de giro de los enlaces establecidos con el carbono asimétrico y la interacción de los radicales de los aminoácidos con la disolución en la que se encuentra, lleva a plegar la molécula sobre sí misma. Las conformaciones resultantes pueden ser la estructura en a-hélice, la b-laminar 

 a-hélice

   Es una estructura helicoidal dextrógira, es decir, que las vueltas de la hélice giran hacia la derecha. Adquieren esta conformación proteínas que poseen elevado número de aminoácidos con radicales grandes o hidrófilos, ya que las cargas interactúan con las moléculas de agua que la rodean.

ESTRUCTURA SECUNDARIA

b-laminar También se denomina hoja plegada o

lámina plegada. Es una estructura en forma de zig-zag,

forzada por la rigidez del enlace peptídico y la apolaridad de los radicales de los aminoácidos que componen la molécula. Se estabiliza creando puentes de Hidrógeno entre distintas zonas de la misma molécula, doblando su estructura. De este modo adquiere esa forma plegada.

ESTRUCTURA TERCIARIA

Estructura terciaria. Resulta del plegamiento sobre sí misma de la

estructura secundaria ,de la estructura terciaria depende la función de la proteína, por lo que cualquier cambio en la disposición de esta estructura puede provocar la pérdida de su actividad biológica.

La estructura terciaria es, por tanto,  un conjunto de plegamientos característicos que se originan por la unión entre determinadas zonas de la cadena polipeptídica. Estas uniones se realizan por medio de enlaces entre las cadenas laterales de los aminoácidos.

ESTRUCTURA CUATERNARIA

 Estructura cuaternaria Cuando varias proteínas se

unen entre sí, forman una organización superior, denominada estructura cuaternaria. Cada proteína componente de la asociación, conserva su estructura terciaria. La unión se realiza mediante gran número de enlaces débiles, como puentes de Hidrógeno o interacciones hidrofóbicas.

FUNCION DE LAS PROTEINASEnzima: catálisis de la ruptura o formación de un enlace covalente.Proteínas estructurales: proporcionar soporte mecánico a las células y tejidos.Proteinas de transporte: transportar moleculas pequeñas o iones.Proteinas motoras: generar movimientos en las células y tejidos.Proteinas de deposito: almacenar pequeñas moléculas o iones.Proteinas de señalización: transmitir señales de una célula a la otra.Proteinas receptoras: detectar señales y transmitirlas a la maquinaria de respuesta de la célula.Proteinas reguladoras génicas: unirse al DNA para activar o desactivar genes.

REGULACION DE LA FUNCION PROTEICA

Dentro de la célula, la mayor parte de las proteínas y enzimas notrabajan continuamente, o con la velocidad máxima. Por elcontrario, su actividad esta regulada de modo tal que la célulapuede mantenerse a si misma en un estado de equilibrio, en elque solo genera aquellas moléculas que requiere paradesarrollarse en forma adecuada bajo las condiciones comunes.Para alcanzar este equilibrio, las actividades de las proteínascelulares se controlan de un modo integrado teniendo en cuentaque reacciones se están produciendo en otras partes de la célula.Mediante la coordinación de cuando- y energéticamente unadepleción de sus reservas energéticas por la acumulación demoléculas que no requiere mientras que esta agotando susreservas de sustratos críticos.

LAS ACTIVIDADES CATALITICAS DE LAS ENZIMAS SE REGULAN A MENUDO POR OTRAS MOLECULAS

Regulación por otras moléculas:

El tipo mas común de control se produce cuando otra moléculaque no sea un sustrato se una a una enzima en un sitioregulatorio especial por fuera del sitio activo, lo cual altera lavelocidad en la que la enzima convierte sus sustratos enproductos. En la inhibición por retroalimentación, una enzimaque actúa inicialmente en una vía de reacción es inhibida poruno de los productos finales de esta vía.

La inhibición por retroalimentación es una regulación negativa:impide que una enzima actué. Las enzimas también pueden

estarsujetas a regulación positiva, en la cual la actividad enzimática

esestimulada por una molécula reguladora en lugar de serinhibida.

LAS ENZIMAS ALOSTERICAS TIENEN DOS SITIOS DE UNION QUE SE INFLUYEN RECIPROCAMENTE

Regulación por alosteria:

Cuando esta forma de regulación se descubrió en la década de 1960, se la denomino alosteria. A medida que se aprendió mas acerca de la inhibición por retroalimentación,los investigadores se dieron cuenta de que muchas enzimas deben tener al menos dossitios de unión diferentes sobre su superficie: el sitio activo que reconoce a los sustratosy un segundo sitio que reconoce a una molécula reguladora. Estos dos sitios debencomunicarse de una forma que permita que los procesos catalíticos en el sitio activosean influidos por la unión de la molécula reguladora en un sitio separado de lasuperficie de la proteína.Durante la inhibición por retroalimentación, por ejemplo la unión de un inhibidor a unsitio sobre la proteína lleva a que esta cambie a una conformación en la que su sitioactivo- localizado en otra parte de la molécula- llega a ser menos adaptado a la delsustrato. Muchas – si no todas- las moléculas proteicas son alostericas: pueden adoptardos o mas conformaciones ligeramente diferentes, y su actividad es regulada por elcambio de una a otra forma.

LA FOSFORILACION PUEDE CONTROLAR LA ACTIVIDAD PROTEICA MEDIANTE LA INDUCCION DE UN CAMBIO CONFORMACIONAL

Regulación por fosforilación: Un segundo método utilizado con frecuencia por las célulaseucariontes para regular la actividad proteica implica la unióncovalente de un grupo fosfato a una de sus cadenas laterales deaminoácidos. Puesto que cada grupo fosfato transporta dos cargasnegativas, el agregado catalizado por la enzima de un grupo

fosfato auna proteína puede causar un cambio conformacional fundamental,por ejemplo, atrayendo a un formacional puede, a su vez, afectar launión de ligandos en otro lugar sobre la superficie de la proteína ymodificar con ello la actividad de la proteína. La eliminación delgrupo fosfato por una segunda enzima restablece la conformaciónoriginal y repone la actividad inicial de la proteína.Esta fosforilación proteica reversible controla la actividad de

muchostipos diferentes de proteínas en las células eucariontes.

LAS PROTEINAS QUE UNEN GTP TAMBIEN SE REGULAN POR LA GANANCIA Y PERDIDA CICLICA DE UN GRUPO FOSFATO

Regulación por ganancia y perdida cíclica de un grupofosfato:

Las células eucariotas tienen un segundo modo de regulación de la actividadde una proteína mediante el agregado y eliminación de un grupo fosfato. Eneste caso, en lugar de ser transferido enzimáticamente del ATP a la proteína,

elfosfato es parte de un nucleótido de guanina- sea la guanosina trifosfato (GTP)o bien la guanosina difosfato (GDP)- que se une estrechamente a la proteína.Estas proteínas fijadoras de GTP están en sus conformaciones activas con GTPunido; la proteína misma hidroliza luego el GTP a GDP- con liberación de unfosfato- y cambia a una conformación inactiva. Como en el caso de lafosforilación proteica, este proceso es reversible. La conformación activa serecobra mediante la disociación del GDP, seguida de la unión de una moléculanueva de GTP.

LA HIDRÓLISIS DE LOS NUCLEOTIDOS PERMITE A LAS PROTEINAS MOTORAS PRODUCIR GRANDES MOVIMIENTOS EN LAS CELULAS

Regulación por hidrólisis de nucleótidos:

Como se utilizan los cambios de conformación de las proteínas para generarmovimientos ordenados en las células?Como el movimiento direccional de una proteína hace un trabajo neto, las

leyes de la termodinámica demandan que el movimiento utilice energía libre de

algunaotra fuente, es decir la hidrólisis del ATP (de otro modo, la proteína podría

utilizarsecomo una maquina de movimiento perpetuo). Por lo tanto, sin una entrada deenergía, la molécula proteica solamente puede errar sin propósito.

Como se llevan a cabo entonces los cambios conformacionales unidireccionales ?

Para obligar al ciclo entero a orientarse en una dirección a grandes distancias, esta

irreversibilidad se logra mediante el acoplamiento de uno de los cambiosconformacionales a la hidrólisis de una molécula de ATP unida a la proteína.

LAS PROTEINAS FORMAN A MENUDO GRANDES COMPLEJOS QUE FUNCIONAN COMO MAQUINARIAS PROTEICAS

Regulación por maquinarias proteicas:Las células construyeron maquinarias proteicas capaces de llevar a cabo lamayor parte de las reacciones biológicas. Las células emplean maquinariasproteicas por la misma razón que el hombre invento los aparatos mecánicos yelectrónicos: casi en cualquier tarea, las manipulaciones que están especial ytemporalmente coordinadas mediante procesos ligados son mucho maseficientes que con el uso secuencial de herramientas individuales.

En la mayor parte de tales maquinarias proteicas la hidrólisis de nucleosidostrifosfatos unidos (ATP o GTP) conduce a una serie de cambiosconformacionales ordenados en algunas de las subunidades proteicas, quepermiten el ensamblado de proteínas para moverse coordinamente. De estemodo, las enzimas apropiadas pueden dirigirse hacías las posiciones donde sonnecesarias para llevar a cabo reacciones sucesivas en serie, como en la síntesisde proteínas sobre un ribosoma ,donde un gran complejo multiproteico semueve rápidamente a lo largo de este.