Las proteínas

Bioq. Mario Ariel Aranda

Concepto de proteínas

• La palabra proteína viene del griego protos que significa "lo más antiguo, lo primero”.

• Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas) de elevado peso molecular; compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas.

• Hay ciertos elementos químicos que todas ellas poseen, pero los diversos tipos de proteínas los contienen en diferentes cantidades.

• Están constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y).

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• Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células; constituyen alrededor del 50% de su peso seco o más en algunos casos.

• Una bacteria puede tener cerca de 1000 proteínas diferentes, pero en una célula humana puede haber 10.000 clases de proteínas distintas.

• Químicamente, las proteínas están formadas por la unión de muchas moléculas relativamente sencillas y no hidrolizables, denominadas Aminoácidos (Aa).

• Los aminoácidos se unen entre sí originando péptidos. Según su tamaño molecular, pueden ser oligopéptidos, formados por no más de 10 Aa y polipéptidos, constituidos por más de 10 Aa.

• Cuando el número de Aa supera los 50 y el polipéptido tiene una estructura tridimensional específica, entonces se habla propiamente de proteínas.

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PROTEÍNAS

Holoproteínas

Proteínas filamentosas

Proteínas globulares

Heteroproteínas

Cromo proteínas

Glucoproteínas

Lipoproteínas

Nucleoproteínas

Fosfoproteínas

Clasificación de las proteínas

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Aminoácidos

Los aminoácidos son compuestos orgánicos de bajo peso molecular.

Están compuestos siempre de C, H, O y N y además pueden presentar otros elementos.

Se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (—COOH) y un grupo amino (—NH2) que se unen al mismo carbono (carbono α).

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Las otras dos valencias del carbono se saturan con un átomo de H y con un grupo variable denominado radical R.

Este radical es el que determina las propiedades químicas y biológicas de cada aminoácido. Según éste se distinguen 20 tipos de aminoácidos.

Aminoácidos: Unidades estructurales de las Proteínas

Al hidrolizar una proteína se obtienen aminoácidos.

H2N – C – H

COOH

RGrupo AMINO

Grupo CARBOXILO (ÁCIDO)

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AminoácidosSegún la polaridad del radical

Hidrófobos

Hidrófilos

Ácidos

Básicos

Según la estructura del radicalAlifáticosÁcidos

Básicos

Neutros

Aromáticos

Heterocíclicos

Clasificación de aminoácidos

1. Aminoácidos alifáticos. Son los aminoácidos en los que el radical R es una cadena hidrocarbonada abierta, que puede tener, además, grupos —COOH y —NH2. Los aminoácidos alifáticos se clasifican en neutros, ácidos y básicos.

1. Neutros. Si el radical R no posee grupos carboxilo ni amino.2. Ácidos. Si el radical R presenta grupos carboxilo, pero no

amino.3. Básicos. Si el radical R tiene grupos amino, pero no grupos

carboxilo2. Aminoácidos aromáticos. Son aquellos cuyo radical R es una cadena

cerrada, generalmente relacionada con el benceno.3. Aminoácidos heterocíclicos. Aquellos cuyo radical R es una cadena

cerrada, generalmente compleja y con algunos átomos distintos del carbono y del hidrógeno.

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Clasificación de aminoácidos

1. Aminoácidos con R no polar, hidrófobo2. Aminoácidos con R polar sin carga, hidrófilos y por tanto más

solubles que los anteriores.3. Aminoácidos ácidos. Presentan carboxilos en el radical R, que

normalmente está ionizado.4. Aminoácidos básicos. Presentan un radical R que se carga

positivamente a pH neutro.

Existe otra clasificación basada en función de la carga del radical R (es la que viene en el libro de texto):

De los 20 aminoácidos proteicos (hay otros 150 que no forman parte de las proteínas), hay 8 que son esenciales para la especie humana y que deben ser incorporados en la dieta. Sólo los vegetales y las bacterias pueden sintetizarlos, aunque todos los seres vivos los necesitan para fabricar sus proteínas.

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Clasificación de aminoácidos

Clasificación de los aminoácidos

• Son aquellos que los organismos heterótrofos deben tomar de su dieta ya que no pueden sintetizarlos en su cuerpo (los autótrofos pueden sintetizarlos todos)

• Las rutas metabólicas para su obtención suelen ser largas y energéticamente costosas, por lo que los vertebrados las han ido perdiendo a lo largo de la evolución (resulta menos costoso obtenerlos en los alimentos).

• EN ADULTOS: 8– Fenilalanina– Isoleucina– Leucina– Lisina– Metionina– Treonina– Triptófano– Valina

• EN NIÑOS los anteriores y:– Arginina– Histidina

Aminoácidos Esenciales

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En un aminoácido, un carbono central (ɑ) se une a:• Un grupo amino –NH2

• Un grupo carboxilo –COOH• Un hidrógeno• Un cadena lateral R que difiere en los 20 aminoácidos existentes.

CH2N COOH

H

CH3

Monómero

AMINOÁCIDO

Estructura de los aminoácidos

1. Los aminoácidos son compuestos sólidos.

2. compuestos cristalinos

3. Presentan un elevado punto de fusión.

4. Son solubles en agua.

5. Tienen actividad óptica

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6. Presentan un comportamiento químico anfótero. Esto se debe a que a pH=7 presentan una ionización dipolar, llamada zwitterion, que permanece en equilibrio con la forma no iónica. Este estado varía con el pH. A pH alcalino, el grupo carboxilo está ionizado (-COO-) y el grupo amino no. A pH ácido, el grupo amino está ionizado (NH3+) y el grupo carboxilo no.

Propiedades de los aminoácidos

Todos los aminoácidos, salvo la glicocola o glicina, presentan el carbono α asimétrico, ya que está enlazado a cuatro radicales diferentes: un grupo amino, un grupo carboxilo. un radical R y un hidrógeno.

Debido a esta característica, los aminoácidos presentan actividad óptica, es decir, son capaces de desviar el plano de luz polarizada que atraviesa una disolución de aminoácidos.

Si un aminoácido desvía el plano de luz polarizada hacia la derecha, se denomina dextrógiro (+), y si lo hace hacia la izquierda, levógiro (—).

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Actividad óptica de los aminoácidos

Debido a la presencia del carbono asimétrico, los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones espaciales.

Un aminoácido tendrá una configuración D si al disponerlo en el espacio, de forma que el grupo carboxilo quede arriba, el grupo —NH2 queda situado a la derecha, mientras que, si se encuentra a la izquierda, poseerá una configuración L.

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Estereoisomería de los aminoácidos

La disposición L o D es independiente de la actividad óptica. Por ello, un L-aminoácido podrá ser levógiro o dextrógiro, e igual ocurrirá con la configuración D.

En la naturaleza, la forma L es la más abundante, y todas las proteínas están formadas por aminoácidos L

En disolución acuosa, los aminoácidos muestran un comportamiento anfótero, es decir, pueden ionizarse, dependiendo del pH, como un ácido (los grupos -COOH liberan protones, quedando como -COO- ), como una base (los grupos -NH2 captan protones, quedando como -NH3+) o como un ácido y una base a la vez.

En el último caso los aminoácidos se ionizan doblemente, apareciendo una forma dipolar iónica llamada zwitterion.

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Comportamiento químico: propiedades ácido-básicas

Un zwitterión es un compuesto químico que es eléctricamente neutro pero que tiene cargas positivas y negativas sobre átomos diferentes.

El carácter anfótero de los aminoácidos permite la regulación del pH, ya que se comporta como un ácido o como una base según le convenga al organismo.

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La forma dipolar, en un medio ácido, capta protones y se comporta como una base y en un medio básico libera protones y se comporta como un ácido.

El pH en el cual el aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra, con tantas cargas positivas como negativas, se denomina punto isoeléctrico.

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

Los enlaces químicos entre aminoácidos se denominan enlaces peptídicos y a las cadenas formadas, péptidos.

Si el número de aminoácidos que forma un péptido es dos, se denomina dipéptido, si es tres, tripéptido. etc.

Si es inferior a 50 (10 según que textos) se habla de oligopéptido, y si es superior a 50 se denomina polipéptido.

Sólo cuando un polipéptido se halla constituido por más de cincuenta moléculas de aminoácidos o si el valor de su peso molecular excede de 5 000 se habla de proteína.

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Unión de los aminoácidos

Los aminoácidos se unen entre sí mediante uniones peptídicas para formar cadenas lineales no ramificadas.

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C

H

R

C =O

OHN

H

H

C

H

R

C =O

OHN

H

H

C N

=

O

H

C

H

R

NH

H

C

H

R

C =O

OH

+ H2O

Unión Peptídica

CONDENSACIÓN

Enlace peptídico

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1. En un enlace peptídico, los átomos del grupo carboxilo y del grupo amino se sitúan en un mismo plano, con distancias y ángulos fijos.

2. Los grupos de aminoácidos unidos por este enlace se denominan residuos para resaltar la pérdida de una molécula de agua en cada enlace.

3. El amino libre de un extremo y el carboxilo libre del otro extremo de la cadena reciben el nombre de N-terminal y C-terminal respectivamente. Por convenio, los aminoácidos se numeran desde el N-terminal.

Enlace peptídico

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4. El enlace peptídico tiene un comportamiento similar al de un enlace doble, es decir, presenta una cierta rigidez que inmoviliza en un plano los átomos que lo forman.

5. Además es un enlace más corto que otros enlaces C-N. Esto le impide girar libremente, los únicos enlaces que pueden girar son los Cα-C y los Cα-N que no corresponden al enlace peptídico.

Enlace peptídico

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Péptidos y oligopéptidos de interés biológico

Existen algunos péptidos cortos con función biológica.

Entre ellos podemos citar:

• El tripéptido glutatión (que actúa como transportador de hidrógeno en algunas reacciones metabólicas).

• Los nanopéptidos oxitocina y vasopresina (con actividad hormonal), la insulina y el glucagón que regulan la concentración de glucosa en sangre.

• Los decapéptidos tirocidina, gramicidina y valinomicina (antibióticos).

La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales ( o cuatro niveles de organización) denominados:

1. ESTRUCTURA PRIMARIA2. ESTRUCTURA SECUNDARIA3. ESTRUCTURA TERCIARIA 4. ESTRUCTURA CUATERNARIA

Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio.

Estructura de las proteínas

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La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína.

Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran.

La secuencia de una proteína se escribe enumerando los aminoácidos desde el extremo N-terminal hasta el C-terminal.

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Estructura primaria

La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos y de la forma que ésta adopte. El cambio de un solo aa de la secuencia de la proteína puede tener efectos muy importantes, como el cambio de un solo aa en la hemoglobina humana que provoca la anemia falciforme.

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Estructura primaria

35 Serina Glicina Tirosina Alanina Leucina

Estructura primaria

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Estructura primaria

La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos o estructura primaria en el espacio.

Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de las proteínas, y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.

Son conocidos tres tipos de estructura secundaria: la α-hélice, la hélice de colágeno y la conformación β o lámina plegada β. La estructura secundaria de la cadena polipeptídica depende de los aminoácidos que la forman.

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Estructura secundaria

• Las interacciones no covalentes entre los restos laterales de los aminoácidos dan origen a la estructura secundaria.

• Esta conformación viene dada por puentes de hidrógeno intracatenarios.

• La estructura secundaria puede ser:– Conformación ɑ (Hélice)– Conformación β (Hoja plegada)

• Si bien las conformaciones anteriores son las más usuales, existen otras menos frecuentes.

• Existen sectores de los polipéptidos cuya estructura no está bien definida: los enroscamientos aleatorios o “ad-random”.

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Conformación β

Conformación ɑ

Estructura secundaria

La estructura secundaria en α-hélice se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria.

Esto se debe a la formación espontánea de enlaces de hidrógeno entre el —CO— de un aminoácido y el —NH— del cuarto aminoácido que le sigue.

En la α-hélice, los oxígenos de todos los grupos —CO— quedan orientados en el mismo sentido, y los hidrógenos de todos los grupos —NH— quedan orientados justo en el sentido contrario.

La α-hélice presenta 3,6 aminoácidos por vuelta

La rotación es hacia la derecha.

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α-hélice

• El colágeno posee una disposición en hélice especial, mas alargada que la α-hélice, debido a la abundancia de prolina e hidroxiprolina.

• Estos aa poseen una estructura que dificulta la formación de enlaces de hidrógeno, por lo que se forma una hélice más extendida, con sólo tres aminoácidos por vuelta.

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Hélice de colágeno

• Su estabilidad viene dada por la asociación de tres hélices empaquetadas, para formar la triple hélice o superhélice que es la responsable de la gran fuerza de tensión del colágeno.

• Las tres hélices se unen mediante enlaces covalentes y enlaces débiles de tipo puente de hidrógeno. Las maromas y cables se construyen de forma semejante a esta triple hélice.

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Hélice de colágeno

• Hay algunas alteraciones del colágeno que provocan síndromes como el de el hombre de goma o el síndrome de Marfán que padecía Paganini y que explicaba sus dedos largos e hiperextensibles

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Hélice de colágeno

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• Son estructuras flexibles que no se pueden estirar.• Los restos laterales se ubican hacia arriba y hacia abajo del plano de las

hojas, de forma alterna.

Conformación-β

• Los aminoácidos forman una cadena en forma de zigzag.

• No existen enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos próximos de la cadena polipeptídica. Si que existen enlaces de hidrógeno intercatenarios, en los que participan todos los enlaces peptídicos, dando una gran estabilidad a la estructura.

• Las dos cadenas se pueden unir de dos formas distintas; paralela y antiparalela. Esta última es un poco mas compacta y aparece con mayor frecuencia en las proteínas.

• Si la cadena con conformación β se repliega sobre si misma, se pueden establecer puentes de hidrógeno entre segmentos, antes distantes, que ahora han quedado próximos. Esto da lugar a una lámina en zigzag muy estable denominada β-lámina plegada. Esta estructura también se puede formar entre dos o mas cadenas polipeptídicas diferentes.

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Conformación-β

45

ANTIPARALELA

PARALELA

Conformación-β

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47

48

Características de la Hoja plegada (beta-lamina): • Los grupos C=O y N-H de los enlaces peptídicos de cadenas

adyacentes (o de segmentos adyacentes de una misma cadena) están en el mismo plano apuntando uno hacia el otro, de tal forma que se hace posible el enlace de hidrogeno entre ellos.

• Los puentes de hidrogeno son mas o menos perpendiculares al eje principal de la estructura en hoja plegada.

• Todos los grupos R en cada una de las cadenas alternan, primero arriba del eje de la lamina, después abajo del mismo, y así sucesivamente.

Conformación-β

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Secuencias de la cadena polipeptídica con estructura α o β a menudo están conectadas entre sí por medio de los llamados giros β. Son secuencias cortas, con una conformación característica que impone un brusco giro de 180o a la cadena principal de un polipéptido.

Giros β

AA como Asn, Gly y Pro (que se acomodan mal en estructuras de tipo α o β) aparecen con frecuencia en este tipo de estructura.

La conformación de los giros b está estabilizada generalmente por medio de un puente de hidrógeno entre los residuos 1 y 4 del giro β

Sirven para que la proteína adopte estructuras más compactas

• Es disposición espacial de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular.

• La conformación globular en las proteínas facilita su solubilidad en agua y en disoluciones salinas. Esto les permite realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc

• Las conformaciones globulares se mantienen estables por la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos.

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Estructura terciaria

Lámina β

Hélice α

• La conformación terciaria de una proteína globular es la conformación tridimensional del polipéptido plegado.

• Las interacciones que intervienen en el plegamiento de la estructura secundaria son:

• Interacciones hidrofóbicas entre restos laterales no polares.

• Uniones de Van der Waals.• Puentes de Hidrógeno.• Interacciones salinas.• Puentes Disulfuro.

• Las funciones de las proteínas dependen del plegamiento particular que adopten.

• Esta estructura está altamente influenciada por la estructura primaria. 51

Estructura terciaria

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Residuoshidrofóbicos

Residuospolares

Enlaces covalentes en estructura terciaria: disulfuro

S

S

Enlaces covalentes en estructura terciaria: amida

N

C

N

C

N

C

O

N

H

O

H

O

H

R

R

H

N

C

N

C

C

N

O

H

H

O

R

H

O

D,E K

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Interacciones que intervienen en el plegamiento de la estructura terciaria

• En los tramos rectos, la cadena polipeptídica posee estructura secundaria de tipo α-hélice o β-lámina

• En los codos o giros presenta secuencias sin estructura precisa.

• Existen combinaciones estables, compactas y de aspecto globular de α-hélice y conformación-β que aparecen repetidamente en proteínas distintas.

• Reciben el nombre de dominios estructurales y cada dominio se pliega y se desnaturaliza casi independientemente de los demás.

• Evolutivamente, se considera que los dominios estructurales han servido como unidades modulares para constituir diferentes tipos de proteínas globulares.

• Los distintos dominios suelen estar unidos por zonas estrechas o «cuellos», lo que posibilita un cierto movimiento rotacional. Así, al separarse dos dominios, permiten la introducción de la molécula de sustrato y, al acercarse, la fijan para actuar sobre ella.

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 - Enlaza a un pequeño ligando - “Atravesar” la membrana plasmática - Contiene el sitio catalítico (enzimas)  - Enlazar al DNA (en factores de transcripción)  - Provee una superficie para enlazarse específicamente a otra proteína.

Funciones de los Dominios:

A menudo un dominio realiza una función especifica y separada para la proteína:

1. La estructura cuaternaria es la unión mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciana, idénticas o no, para formar un complejo proteico.

2. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero (subunidad o monómero)

3. Según el número de protómeros que se asocian. las proteínas que tienen estructura cuaternaria se denominan:• Dímeros, como la hexoquinasa.• tetrámero como la hemoglobina.• Pentámeros, como la ARN-polimerasa.• Polímeros, cuando en su composición

intervienen gran número de protómeros. (cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 subunidades proteicas, los filamentos de actina y miosina de las células musculares, etc).

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Estructura cuaternaria

• Las interacciones que estabilizan esta estructura son en general uniones débiles:

• Interacciones hidrofóbicas.• Puentes de hidrógeno.• Interacciones salinas.• Fuerza de Van der Waals.• En algunas ocasiones puede haber

enlaces fuertes tipo puentes disulfuro, en el caso de las inmunoglobulinas.

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Estructura cuaternaria

60

• Reduce la cantidad de información genética necesaria.

• El ensamblaje y la disgregación se controlan fácilmente, ya que las subunidades se asocian por enlaces débiles.

• Los mecanismos de corrección pueden excluir durante el ensamblaje las subunidades defectuosas, con lo que disminuyen los errores en la síntesis de la estructura.

Se pueden distinguir dentro de las estructuras cuaternarias dos tipos:

• Homotípicas: Las cadenas polipeptídicas son idénticas o casi idénticas.

• Heterotípicas: Las subunidades poseen estructuras muy diferentes.

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El uso de subunidades menores para construir grandes estructuras presenta varias ventajas:

En resumen, la estructura de una proteína.

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Primaria Secundaria Terciaria Cuaternaria

Secuencia Conformación Asociación

Hélice

Hoja Plegada

Globular

Fibrosa

Subunidades iguales

Subunidades distintas

Combinación ilimitada de

aminoácidos.

Unión Peptídica

Puente de Hidrógeno

Puente de Hidrógeno, Interacciones hidrofóbicas,

salinas, electrostáticas.

Fuerzas diversas no covalentes.

Importancia de las proteínas

Síntesis, funciones y degradación de las proteínas

Dogma de la Biología

Código genético

RER

Síntesis de proteínas

Ruta de las Proteínas

Las propiedades de las proteínas dependen sobre todo de los radicales R libres y de que éstos sobresalgan de la molécula y, por tanto, tengan la posibilidad de reaccionar con otras moléculas.

El conjunto de aminoácidos de una proteína (en el caso de las proteínas enzimáticas) cuyos radicales poseen la capacidad de unirse a otras moléculas y de reaccionar con éstas se denomina centro activo de la proteína.

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PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS

Propiedades de las proteínas

Solubilidad Desnaturalización y renaturalización Especificidad

De función

De especie

Capacidad amortiguadora

Las proteínas globulares poseen un elevado tamaño molecular, por lo que al disolverse, dan lugar a disoluciones coloidales.

La solubilidad de estas moléculas se debe a los radicales R que, al ionizarse, establecen puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. Así, la proteína queda recubierta de una capa de moléculas de agua que impide que se pueda unir a otras proteínas, lo que provocaría su precipitación.

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Solubilidad

La solubilidad depende del pH, temperatura, concentración iónica... A pesar de ser solubles, la mayoría de las membranas biológicas son impermeables al paso de proteínas.

Capa de moléculas de agua

Consiste en la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria) quedando la proteína reducida a un polímero con estructura primaria.

Consecuencias inmediatas son:

- Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación

- Pérdida de todas sus funciones biológicas

- Alteración de sus propiedades hidrodinámicas

Desnaturalización y renaturalización

I. Físicos

1. Calor. La mayor parte de las proteínas experimentan desnaturalizaciones cuando se calientan entre 50 y 60 ºC; otras se desnaturalizan también cuando se enfrían por debajo de los 10 a 15 ºC.

2. Radiaciones

II. Químicos: todos los agentes que rompen interacciones o enlaces presentes en la estructura nativa de la proteína:

1. Detergentes2. Urea y guanidina a altas concentraciones3. Altas concentraciones de sal y extremos de pH4. Reactivos de grupos -SH

Agentes desnaturalizantes

HOCH2 CH2 SH

CH2 SH

HOCH

HCOH

CH2 SH

C O

NH2

NH2

C NH

NH2

NH2

O S

O

O

O-

2-mercaptoetanol

Ditiotreitol (DTT)

Dodecilsulfato sódico (SDS, laurilsulfato)

Urea

Guanidina

Agentes desnaturalizantes

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La especificidad es doble: • de especie • de función.

Especificidad de especie:

En su secuencia de aminoácidos, las proteínas presentan dos tipos de sectores:

• Sectores estables • Sectores variables: Algunos aminoácidos pueden ser sustituidos por

otros distintos sin que se altere la funcionalidad de la molécula.

Ello ha dado lugar, durante la evolución, a una gran variabilidad de proteínas, lo que permite que cada especie tenga sus proteínas específicas y que, incluso, aparezcan diferencias entre individuos de la misma especie (rechazo en trasplantes de tejidos).

Las diferencias entre proteínas homologas, es decir, con la misma función, son grandes entre especies alejadas evolutivamente y escasas entre especies emparentadas.

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Especificidad

Especificidad de función.

La especificidad también se refiere a la función.

• Cada proteína realiza una determinada función exclusivamente, por ejemplo, catalizar cierta reacción química sobre cierto substrato y no sobre otro.

• La especificidad se debe a que su actuación se realiza mediante interacciones selectivas con otras moléculas, para lo que necesitan una determinada secuencia de aa y una conformación concreta.

• Un cambio en la secuencia o conformación puede impedir la unión y por lo tanto dificultar la función.

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Las proteínas, al estar constituidas por aminoácidos, tienen un comportamiento anfótero. Tienden a neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y, por tanto, liberar o retirar protones (H+) del medio

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Capacidad amortiguadora

CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS Se clasifican en:

• Holoproteínas: Formadas solamente por aminoácidos.

• Heteroproteínas: Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético. Se clasifican según la naturaleza del grupo prostético.

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PROTEÍNAS

HoloproteínasProteínas filamentosas

Proteínas globulares

Heteroproteínas

Cromoproteínas

Glucoproteínas

Lipoproteínas

Nucleoproteínas

Fosfoproteínas

Globulares:

1. Prolaminas: Zeína (maíza),gliadina (trigo), hordeína (cebada) 2. Gluteninas: Glutenina (trigo), orizanina (arroz). 3. Albúminas: Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo),

lactoalbúmina (leche) 4. Hormonas: Insulina, hormona del crecimiento, prolactina,

tirotropina 5. Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas .

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HOLOPROTEÍNAS

Más complejas que las fibrosas. Forman estructuras compactas, casi

esféricas, solubles en agua o disolventes polares. Son

responsables de la actividad celular

Fibrosas:

1. Colágenos: en tejidos conjuntivos, cartilaginosos 2. Queratinas: En formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas,

cuernos. 3. Elastinas: En tendones y vasos sanguíneos 4. Fibroínas: En hilos de seda, (arañas, insectos)

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HOLOPROTEÍNAS

Más simples que las globulares. Forman estructuras alargadas,

ordenadas en una sola dimensión, formando haces paralelos. Son

responsables de funciones estructurales y protectoras

1. Glucoproteínas: ribonucleasa mucoproteínas, anticuerpos, hormona luteinizante

2. Lipoproteínas: De alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre.

3. Nucleoproteínas: Nucleosomas de la cromatina, ribosomas, histonas y protaminas de eucariotas.

4. Cromoproteínas: Pueden ser de dos tipos:a) Porfirínicas. Hemoglobina, mioglobina que transportan

oxígeno, citocromos, que transportan electrones b) No profirínicas como la hemocianina (pigmento respiratorio

de crustáceos y moluscos, de color azul y que contiene cobre)

5. Fosfoproteínas: Tienen PO4H3 en el grupo prostético. La caseína de la leche.

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HETEROPROTEÍNAS

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1. Estructural

2. Enzimática

3. Hormonal

4. Defensiva

5. Transporte

6. Reserva

7. Función homeostática

8. Anticongelante

9. Actividad contráctil

FUNCIONES Y EJEMPLOS DE PROTEÍNAS:

Es una de las funciones más características:

1. Algunas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares. Intervienen en el transporte selectivo de iones (bomba de Na-K)

2. Otras proteínas forman el citoesqueleto de las células, las fibras del huso, de los cilios y flagelos.

3. Otras, como las histonas forman parte de los cromosomas eucariotas.

4. El colágeno, que mantiene unidos los tejidos animales y forma los tendones y la matriz de los huesos y cartílagos.

5. La elastina, en el tejido conjuntivo elástico (ligamentos paredes de vasos sanguíneos).

6. La queratina, que se sintetiza en la epidermis y forma parte de pelos, uñas, escamas de reptiles, plumas, etc.

7. La fibroína, que forma la seda y las telas de arañas. Es una disolución viscosa que solidifica rápidamente al contacto con el aire.

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Estructural

• Es la función más importante.

• Las enzimas son las proteínas más numerosas y especializadas y actúan como biocatalizadores de las reacciones que constituyen el metabolismo celular.

• Se diferencian de los catalizadores no biológicos porque las enzimas son específicas de la reacción que catalizan y de los sustratos que intervienen en ellas.

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Insulina y glucagón Hormona del crecimiento segregada por la hipófisisCalcitonina

Enzimática

Hormonal

Inmunoglobulina, trombina y fibrinógeno

Defensiva

• Además de las proteínas transportadoras de las membranas, existen otras extracelulares que transportan sustancias a lugares diferentes del organismo.• Hemoglobina, la hemocianina y la mioglobina del músculo

estriado. • Los citocromos transportan electrones en la cadena respiratoria

(mitocondrias) y en la fase luminosa de la fotosíntesis (cloroplastos).

• La seroalbúmina transporta ácidos grasos, fármacos y productos tóxicos por la sangre.

• Las lipoproteínas transportan el colesterol y los triacilglicéridos por la sangre.

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Transporte

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En general, las proteínas no se utilizan para la obtención de energía. No obstante, algunas como la ovoalbúmina de la clara de huevo, la caseína de la leche o la gliadina de la semilla de trigo, son utilizadas por el embrión en desarrollo como nutrientes.

Las proteínas intracelulares y del medio interno intervienen en el mantenimiento del equilibrio osmótico en coordinación con los tampones.

Reserva

Función homeostática

Presentes en el citoplasma de ciertos peces antárticos.

El movimiento y la locomoción en los organismos unicelulares y pluricelulares dependen de las proteínas contráctiles: • la dineína, en cilios y flagelos, • la actina y miosina, responsables de la contracción muscular.

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Anticongelante

Función contráctil

enzimas

Enzimas

• Las enzimas son catalizadores biológicos de naturaleza proteica altamente específicos. Se recuperan al final de la reacción igual a como estaban en el principio (no se consumen en la reacción) de tal manera que una pequeña cantidad de enzimas pueden catalizar una gran cantidad de sustrato.

Palabras clave

• Catalizadores.- aceleran o facilitan reacciones químicas.

• Biológicas .- cada célula sintetiza su enzima.

• Proteicas .- se forman en base al código genético (DNA) y son termolábiles.

• Especifico.- actúan sobre un solo sustrato.

Generalidades de las enzimas

• Catalizan reacciones químicas necesarias para la sobrevivencia celular

• Sin las enzimas los procesos biológicos serían tan lentos que las células no podrían existir.

• Las enzimas pueden actuar dentro de la célula , fuera de ésta, y en el tubo de ensayo.E + S ESEP E + P

E E E E

Generalidades de las enzimas

• Tanto la enzima como el catalizador aceleran la velocidad de una reacción química.

• Una enzima puede transformar 1000 moléculas de sustrato/ segundo.

• Las enzimas tienen 3 propiedades que los catalizadores NO tienen– Especificidad por el sustrato.– Se inactivan por desnaturalización.– Pueden ser reguladas.

Generalidades de las enzimas

Generalidades de las enzimas

En las proteínas conjugadas podemos distinguir dos partes:•Apoenzima: Es la parte polipeptídica o proteica de la enzima.•Cofactor: Es la parte no proteica de la enzima.•La combinación de la apoenzima y el cofactor forman la holoenzima.

Cofactores

• Los cofactores pueden ser:• Iones metálicos: Favorecen la actividad

catalítica general de la enzima, si no están presentes, la enzima no actúa. Estos iones metálicos se denominan activadores. Ejemplos: Fe2+, Mg2+, Cu2+, K+, Na+ y Zn2+

Cofactores

Algunas enzimas requieren metales para mejorar su actividad

Coenzima

• Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima.

• Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H+ , OH, CH3.

• La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA.

APOENZIMA: Es la parte polipeptídica o proteica de la enzima.

Principales coenzimas

FAD (flavín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones.

FMN (Flavín mononucleótido): transferencia de electrones y protones.

NAD+

Coenzima A

Propiedades Físicas y Químicas

• Son proteínas (secuencias de aminoácidos) que pueden tener unido un grupo químico orgánico.

• Se desnaturaliza por calor al igual que las proteínas.

• Se precipitan con la presencia de etanol o de aumento en la concentración de las sales inorgánicas como el sulfato de amoniaco.

• No se difunden a través de la membrana semipermeable o selectiva.

Propiedades Físicas y Químicas

• Son moléculas muy grandes, su peso molecular oscila entre 10,000 y 1, 000,000 Nano gramos.

• Muchas están integradas a una molécula orgánica de menor tamaño llamada coenzima.

• A veces el grupo no proteico de una enzima es un metal, ejemplo el Hierro de la Catalasa, requiere de su adición para que se active.

• Algunas veces se requiere de un cofactor o coenzima para que actué una enzima.

ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA

Especificidad enzimática• Las enzimas suelen ser

muy específicas tanto del tipo de reacción que catalizan como del sustrato involucrado en la reacción.

• Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y precisión en su actividad son aquellas involucrados en la replicación y expresión del genoma.

Modelos enzimáticos

Modelo de la "llave-cerradura"• Las enzimas son muy específicas, como

sugirió Emil Fischer en 1894. • Dedujo que ambas moléculas, enzima y

sustrato, poseen complementariedad geométrica.

Modelos enzimáticos

• Si bien este modelo explica la especificidad de las enzimas, falla al intentar explicar la estabilización del estado de transición que logran adquirir las enzimas.

Estado De Transición.- Es la velocidad de reacción de reacciones químicas elementales; un tipo especial de equilibrio químico.

Efecto de una Enzima

Modelos enzimáticos

• El sustrato cambia ligeramente de forma para entrar en el sitio activo. El sitio activo continua dicho cambio hasta que el sustrato está completamente unido, momento en el cual queda determinada la forma y la carga final.

Nomenclatura de las enzimas nombre sugerido

 

Muchas de las enzimas poseen en su nombre el sufijo “-asa” unido al nombre del substrato de la reacción que cataliza, por ejemplo: 

• Ureasa: proteína cuyo sustrato es la urea•  Lactasa: proteína cuyo sustrato es la lactosa.También suele utilizarse este sufijo a la descripción de la

reacción que la enzima cataliza:• Lactato deshidrogenasa: deshidrogena (le quita

Hidrógenos) al lactato•  Adenilato ciclasa: hace un ciclo en la adenina. Algunas enzimas poseen nombres que no representan su

actividad o sustrato:• Lisozima•  Tripsina

SUFIJO = terminación después de la palabra

NOMBRE SISTEMÁTICOEl nombre sistemático de un enzima consta

actualmente de 3 partes:• el sustrato preferente el tipo de reacción realizado

terminación "asa"• Un ejemplo sería la glucosa fosfato isómerasa que

cataliza la isomerización de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato.

• Muchos enzimas catalizan reacciones reversibles. No hay una manera única para fijar cual de los dos sentidos se utiliza para nombrar al enzima. Así, la glucosa fosfato isómeras también podría llamarse fructosa fosfato isómeras.

• Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis del sustrato, el segundo componente del nombre se omite y por ejemplo, la lactosa hidrolasa se llama simplemente lactasa.

Clasificación de las Enzimas

Clase de enzimas Función

• Oxidorreductasa Catalizan las reacciones Red-Ox, en las cuales cambia el estado de oxidación de uno o demás átomos en una molécula.

• Transferasa Transfiere grupos moleculares de una molécula donadora a una receptora.

• Hidrolasa Catalizan reacciones en las que se produce la rotura en los enlaces C-O, C-N y O-P por la adicción de agua.

• Liasa Catalizan reacciones en la que se eliminan grupos (H20, CO2, NH3) para formar doble enlace o se añade a un doble enlace.

• Isomerasa Catalizan varios tipos de re acordamientos intermoleculares.

• Ligasa Catalizan la formación de enlaces /2 moléculas de sustratos, con energía liberada de la hidrolisis del ATP.

Clasificación de las enzimas

Estructura de las enzimas.

Son proteínas globulares desde 62 aminoácidos hasta los 2.500 (presentes en la sintasa de ácidos grasos).

Todas las enzimas son mucho más grandes que los sustratos sobre los

que actúan.

SINTASA.- es menos restrictiva y se aplica a cualquier sustancia cuya actividad enzimática cataliza una reacción que produce esa sustancia.

Estructura de las enzimas.• Sitio activo.- La región que contiene los productos

encargados de catalizar la reacción.

• Sustrato.- Molécula sobre la que actúa la enzima.• Producto.- Molécula que se obtiene a partir del sustrato

después de la reacción.

Inhibidor• Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a

través de interacciones con el centro activo u otros centros específicos(alostéricos).

• Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan ala enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática

• De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:

1. I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activo

2. II. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la molécula, causando un cambio conformacional con repercusión negativa en la actividad enzimática.

Inhibidor Isosterico

Los inhibidores isostéricos pueden ser de dos tipos:• 1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la

enzima libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos:

• 2. Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:

E + I EIES + I ESI

E + I E’

Inhibición Reversible

• (a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del substrato: Inhibición Competitiva.

• (b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción catalítica: Inhibición No Competitiva

• (c) El inhibidor se fija únicamente al complejo enzima-substrato una vez formado, impidiendo la acción catalítica; este tipo se conoce como Inhibición Acompetitiva

Inhibición competitiva

• Compiten con el sustrato por el sitio activo de la enzima

• Se une solo a la enzima libre

Inhibición competitivaInhibición competitiva

• - Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas.

• - A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición.

• - Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato.

• - El inhibidor es tan específico como el substrato.

Características:Al aumentar la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto

Inhibición No Competitiva

• Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima

• Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato

Inhibición No Competitiva

• El inhibidor NO competitivo se une a la enzima en un sitio diferente del sitio activo

Inhibición Irreversible

• - Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente

• - A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación del inhibidor.

• - Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.

E + I E’

Inhibición Irreversible

Inhibidores irreversibles• Producen inactivación permanente de la

actividad enzimática• Se interfiere con el normal desarrollo de

una reacción o vía metabólica

Inhibición Enzimática Alostérica

• Son enzimas cuya estructura proteica está formada de varias subunidades

• No se rigen por la cinética de M - M• Además del sitio o centro activo tienen sitios

alostéricos o de regulación.• Sitio activo/sustratos; • Sitio alostérico/moduladores o reguladores.• La relación entre la velocidad de reacción y la

concentración de sustrato sigue cinética sigmoídea.

Inhibición Enzimática Alostérica

Tipos de enzimas

Actividad

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Cinética enzimática

Michaelis Menten

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