CLASE : PROTEINAS - UPCH

CLASE : PROTEINAS
• Fuerzas que influyen en estructura Proteica
• Papel de secuencia de aminoácidos en
estructura de la proteína
• Estructura Secundaria de las Proteínas
• Plegamiento (Folding) de proteínas y
Estructura Terciaria
• Interacciones entre Subunidades y estructura
Cuaternaria

R 1
|
H 3N + —CH— CO -
||
O
H 2O
R 1
H 3N CH C
O
+
H R 2
| |
H N—CH—COOH
|
H
H R 2
N CH COO -
dipéptido

Ø = phi N-C
ψ = psi Cα-C
Cualquier valor entre -180 y = 180, PERO

Consecuencias del Plano Amida
Dos grados de libertad por residuo para la cadena
peptídica
• Angulo alrededor de enlace Cα-N es llamado phi: Ø
• Angulo alrededor de enlace Cα-C es llamado psi: ψ
• Algunos valores de phi and psi son más probables
que otros.

phi
psi

Impedimentos Estéricos de phi
& psi
Algunas combinaciones de phi y psi no se dan
• phi = 0, psi = 180 es desfavorable
• phi = 180, psi = 0 es desfavorable
• phi = 0, psi = 0 es desfavorable

Gráficas de Ramachandran

La Secuencia de Aminoácidos en
una Proteína:
• es una característica única de cada proteína
• es codificada por la secuencia de
nucleótidos del DNA
• es una forma de información genética
• es leída del extremo amino hacia el extremo
carboxilo

Secuencia de aminoácidos de citocromo c humano
Aminoácidos invariables Sustituciones conservativas

Arquitectura de Proteínas
• Forma - globulares o fibrosa
• Niveles de Estructura Proteica
- Primaria - secuencia
- Secundaria - estructuras locales -puentes H
- Terciaria - Forma 3-dimensional
- Cuaternaria - Organización de subunidades

•Primaria: Secuencia de aminoácidos en un péptido/proteína
•Secundaria: Arreglos estables de aa. que dan lugar a patrones
estructurales
•Terciaria: Enrollamiento/plegamiento (folding) 3D
•Cuaternaria: Cuando está formada x más de una cadena

Qué fuerzas determinan la
estructura?
• Estructura Primaria - determinada por enlaces
covalentes
• Estructuras Secundaria, Terciaria, Cuaternaria -
Todas determinadas por fuerzas débiles
• Fuerzas débiles - Puentes de H, interacciones
iónicas, interacciones de van der Waals,
interacciones hidrofóbicas (puentes S-S)

Toda la información necesaria para el
enrollamiento de la cadena peptídica en su
estructura "nativa” está contenida en la
estructura primaria de amino ácidos en el
péptido.

Alfa Helix
• Propuesta por Linus Pauling y Robert Corey
en 1951
• Identificada en queratina por Max Perutz
• Component ubicuo de proteínas
• Estabilizado por puentes de H

Ideal phi = -60° , psi = -45°

• Residuos por vuelta: 3.6
• Elevación por residuo:
1.5 Å
• Elevación por vuelta (pitch):
3.6 x 1.5A = 5.4 Å

Hoja Plegada Beta
Compuesta de hebras (strands) beta
• Primero postulada por Pauling y Corey, 1951
• Hebras pueden ser paralelas o antiparalelas
• Elevación por residuo:
•
– 3.47 Å para antiparalelas
– 3.25 Å para paralelas
• (1.4 Å en hélice alfa, pero 5.4 por vuelta)

Elevación por residuo:
3.47 Å para antiparalelas
3.25 Å para paralelas
(1.4 Å en hélice alfa, pero 5.4 por vuelta)

La Vuelta Beta
• Permite a la cadena peptídica cambiar de
dirección
• Unión es por puente de H: 3 residuos abajo
• Prolina y Glicina prevalecen en vueltas
beta

Proteína globular: mezcla de alfas y betas
unidas por segmentos conectores
•Estructura
Estructura Supersecundaria
Motivos, folds (plegamientos)
Arreglos estables de varias 2rias y sus conexiones

Estructura Terciaria
Algunos principios importantes :
• Las estructuras secundarias se
formarán cada vez que sea posible
(debido a formación de puentes de H)
• Proteínas se pliegan para formar las
estructuras más estables (hacen
puentes de H y minimizan contacto con
solvente)

•Estructura Estructura Terciaria
•Aminoácidos más alejados ineractuando entre sí
•Arreglo espacial de estos residuos
FUERZAS QUE PARTICIPAN:
Interacciones hidrofóbicas
Interacciones iónicas
Puentes disulfuro

Porcentaje de α-hélice y estructura β en algunas proteínas
Proteína Residuos % α-hélix % hoja β
Mioglobina 153 78 0
Citocromo c 104 39 0
Lisozima 129 40 12
Ribonucleasa 124 26 35
Quimiotripsina 247 14 45
Carboxipeptidasa 307 38 17

Proteínas Globulares
Algunos principios para el diseño
• Residuos más polares hacia fuera de la proteína e
interctuan con el solvente
• Residuos más hidrofóbicos hacia el interior de la
proteína e interactuan entre sí
• Empacamiento de residuos es próximo
• Pero sí existen espacios vacíos
• Espacio vacío es en la forma de pequeñas
cavidades

MIOGLOBINA
78 / 0

39 / 0 40 / 12

26 / 35

Proteinas Globulares
Más principios de diseño
• "Random coil" no es random
• Estructuras de proteínas globulares no
son estáticas
• Diferentes elementos y dominios de la
proteína se mueven diferentes grados
• Algunos segmentos de la proteína son
muy flexibles y desordenados

Plegamiento
• Proteína explora al azar todas las conformaciones
posibles?
• Cyrus Levinthal: cálculo de este evento si φ y ψ de
la proteína con n residuos tuviera sólo 3
conformaciones estables:
– 3 2n ≈ 10 n conformaciones (muy poco); ≈10 13
conformaciones por segundo
– Si t = 10 n / 10 13 s -1 , para 100 residuos: t = 10 87 s(3 x 10 79
años)
• Mucho tiempo! Paradoja de Levinthal

Plegamiento de una proteína
Plegamiento de 36 aa de vilina (intestino) simulado en computadora.
Plegamiento toma un tiempo teórico de 1 mseg. Sin embargo, tomó 500
millones de pasos de integración en 2 supercomputadoras corriendo 2 meses

Chaperonas Moleculares
• Por qué se necesitan chaperonas si la información
para el plegamiento está presente en la secuencia?
– Para proteger a las proteínas nascientes de la
concentrada matriz proteica de la célula y tal vez para
acelerar los pasos lentos
• Proteínas chaperonas fueron primero identificadas
como "heat-shock proteins" (hsp60 & hsp70) o
proteínas de golpe calórico

El embudo de plegamiento
de Ken Dill’s.
Estructuras no plegadas
están cerca de la parte
superior. Conforme la
proteína se pliega, cae
dentro de las paredes del
embudo de energía hacia
conformaciones más
estables.
La proteína nativa plegada
se encuentra al fondo.
Nature Structural Biol.
4, 10-19 (1997).

Enfermedades Relacionadas al Plegamiento de Proteínas
Enfermedad Proteína Afectada Mecanismo
Enf. de Alzheimer Péptido β-amiloide (derivado de Péptido β mal plegado se acumula
de prot precursora de amiloide en tejido neural formando depósitos:
placas neuríticas
Polineuropatía Transtiretina Agregación de prot. mal plegadas.
Amiloidótica Familiar Nervios, otros órganos son dañados
por depósitos de proteína insoluble
Cancer p53 p53 previene que células con DNA
dañado se dividan. Tipo de mutación
de p53 lleva a mal plegamiento; prot
mal plegada es inestable y destruída
Enfermedad de Prion Proteína prion con conformación al-
Creutzfeldt-Jacob terada (Prp Sc ) puede”sembrar”con-
(equivalente a BSE) formaciones alteradas en proteína
normal (Prp c )
Enfisema hereditario α1-antitripsina Forma mutada de proteína se pliega
lentamente permitiendo que su
blanco, elastasa, sea destruído en
tejido pulmonar
Fibrosis quística CFTR (regulador de conductancia Intermediarios del plegamiento de
transmembrana de la CFTR mutante no se disocian de
Fibrosis Quística chaperonas previniendo que llegue
a su destino en la membrana

Estructura Cuaternaria
Cuáles son las fuerzas que conducen la
asociación cuaternaria?
• K d típica para 2 subunidades: 10 -8 a 10 -16 M
• Estos valores corresponden a energías de
activación de 50-100 kJ/mol a 37 C
• Las pérdidas de entropía por la asociación son
desfavorables
• Se gana entropía cuando se ocultan grupos
hidrofóbicos- muy favorable

Alfa

Cuáles son las ventajas estructurales y
funcionales que conducen la asociación
cuaternaria?
• Estabilidad: reducción de la tasa superficie a
volumen
• Economía y eficiencia genética
• Aproxima sitios catalíticos
• Cooperatividad

Otros Grupos Químicos en las
Proteínas
Proteínas pueden estar "conjugadas" con otros
grupos químicos
• Si la parte no aminoacídica de la proteína es
importante para su función, es llamada grupo
prostético.
• Términos familiares : glicoproteína,
lipoproteína, nucleopproteína, fosfoproteína,
metaloproteína, hemoproteína, flavoproteína.

La estructura tetramérica de la
hemoglobina

TAREAS
1. Si el pK del ácido acético es 4.8;el de la metil amina
es 10.6; el pK1 de la glicina es 2.34 y su pK2 es
9.6. Por qué existen estas diferencias en los pK si
los grupos funcionales son semejantes?
2. Qúe diferencia existe entre un dominio proteico y un
motivo proteico. De un ejemplo de cada uno
3. Buscar 4 tipos de estructura supersecundaria y dar
un ejemplo de cada una de ellas