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proteínas
PROTEÍNAS → son polímeros lineales de 𝛼-aminoácidos con amplia variabilidad estructural y funciones biológicas diversas. ● CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS ➔ SEGÚN SU FUNCIÓN ★ ENZIMÁTICA Un amplio grupo de proteí nas son capaces de acelerar las reacciones → dentro de la cé lula. Actú an como → catalizadores sin consumirse y son específicos para cada reacció n. Estas proteí nas se llaman enzimas. ★ ESTRUCTURAL El citoesqueleto de las cé lulas y los tejidos de sostén está n formados por PROTEÍNAS. Proteí nas fibrosas: COLÁGENO Y QUERATINA constituyen las estructuras que dan RESISTENCIA a órganos y tejidos. ★ HORMONAL Hay hormonas que son proteí nas → HORMONA DEL CRECIMIENTO. También la INSULINA Y GLUCAGÓN que regulan el nivel de glucosa en sangre. ★ TRANSPORTE Hay proteí nas que realizan procesos de transporte. HEMOGLOBINA → transporta oxí geno en la sangre de vertebrados. MIOGLOBINA → transporta oxí geno en los músculos. LIPOPROTEÍNAS → transportan lípidos en la sangre. CITOCROMOS → transportan electrones dentro de la cé lula. ★ RESERVA Ovoalbú mina de la clara de huevo, caseína de la leche, son proteí nas de reserva esenciales durante el desarrollo de los organismos. ★ MOVIMIENTO ACTINA Y MIOSINA → proteí nas de las cé lulas musculares que intervienen en la contracció n del músculo. DINEÍNA → proteí na que interviene en el movimiento de cilios y flagelos ★ DEFENSA Los anticuerpos son proteí nas especializadas en la defensa contra infecciones y agentes extraños ★ RECONOCIMIENTO DE SEÑALES Los receptores son proteí nas de la membrana plasmá tica que detectan la presencia de determinadas molé culas (hormonas y neurotransmisores) o agentes (virus y bacterias) en el medio extra- celular y activan procesos en el interior de la cé lula.
★ REGULADORA
La transmisió n y regulació n de la informació n gené tica está controlada por proteí nas al igual que la regulació n del ciclo celular (ciclinas), el crecimiento y desarrollo de tejidos (factores de crecimiento), el proceso de la visión (rodopsina), etc. ➔ SEGÚN SU COMPOSICIÓN ★ CRITERIO FÍSICO El criterio físico má s utilizado es la solubilidad:
- Albú minas: solubles en agua o disoluciones salinas diluidas.
- Globulinas: requieren disoluciones salinas má s concentradas.
- Prolaminas: solubles en alcohol.
- Glutelinas: solubles en disoluciones ácidas o básicas.
- Escleroproteínas: insolubles en la mayoría de las disoluciones. ★ CRITERIO QUÍMICO
- Proteí nas simples: formadas exclusivamente por AA.
- Proteí nas conjugadas: contienen un componente no aminoacídico llamado grupo prosté tico que puede ser un azúcar, un lípido, un ácido nucleico o un ión inorgá nico. En ausencia de grupo prosté tico la proteí na no es funcional y se llama apoproteí na. Apoproteí na + grupo prosté tico = holoproteína. ★ CRITERIO FUNCIONAL
- Proteí nas monomé ricas: constan de una sola cadena polipeptídica (mioglobina).
- Proteí nas oligomé ricas: contienen varias cadenas polipeptídicas llamadas subunidades que pueden ser iguales o distintas entre sí (hemoglobina). ★ CRITERIO ESTRUCTURAL
- Proteí nas globulares: la cadena polipeptídica aparece enrollada sobre sí misma dando lugar a una estructura má s o menos esfé rica y compacta.
- Proteí nas fibrosas: hay una dimensión que predomina sobre las demás. Por lo general, tienen funciones estructurales.
Los C𝛼 de aminoácidos adyacentes están separados por 3 enlaces covalentes. -Los enlaces N-C𝛼 y C𝛼-C son enlaces sencillos puros. -Las dos unidades peptídicas adyacentes pueden girar alrededor de esos enlaces. Por convención, Φ y Ψ son 180º cuando la cadena polipeptídica está totalmente extendida y todos los grupos peptídicos están en el mismo plano. ➔ DIAGRAMA DE RAMACHANDRAN Un péptido tiene muchas conformaciones según los ángulos Phi y Psi (adopta la más favorable desde el punto de vista energético = menores impedimento estérico y repulsión electrostática). ● INTERACCIONES NO COVALENTES -Interacciones débiles y reversibles -Interacciones entre distintas partes de la proteína o entre la proteína y otras moléculas. -Muy importantes en el plegamiento de las proteínas. ➔ ENLACES DE HIDRÓGENO -Interacciones electrostáticas -Dos átomos comparten un átomo de hidrógeno -Se forman entre: Un átomo electronegativo, el aceptor de H, generalmente oxígeno o nitrógeno con un par de e- no enlazantes, y un átomo de H unido covalentemente a otro átomo electronegativo el dador de H. -Los grupos CO y NH pueden formar puentes de H. También muchos aminoácidos con sus cadenas laterales. ➔ ENLACE IÓNICO -Entre dos grupos funcionales de carga opuesta se establecen fuerzas de atracción electrostática y fuerzas de repulsión entre grupos de la misma carga -Contribuyen poco a la estabilidad de la proteína
➔ INTERACCIONES DE VAN DER WAALS
-Son mucho más débiles que los enlaces iónicos o los enlaces de hidrógeno. -Atracciones interatómicas débiles. Cada átomo posee un radio de van der Waals característico. Medida de lo que este átomo permitirá acercarse a otro. -Se deben a interacciones electrostáticas entre dipolos permanentes o inducidos. -Existe un dipolo si existe una distribución asimétrica de cargas sin que exista una carga neta ➔ INTERACCIONES HIDROFÓBICAS -Provocadas por los aminoácidos apolares para conseguir que sus contactos con el agua sean mínimos -Muy importantes en el plegamiento de las proteínas. Los grupos no polares tienden a quedar en el interior no polar. -Las interacciones hidrofóbicas son débiles comparadas con los puentes de H. ● NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Las proteínas poseen 4 niveles de organización estructural: -PRIMARIA → secuencia de aminoácidos -SECUNDARIA → plegado local -TERCIARIA → plegado global -CUATERNARIA → asociación de cadenas ➔ ESTRUCTURA PRIMARIA -Se llama estructura primaria a la secuencia de aminoácidos que tiene una proteína (nº de AA y orden en el que están enlazados) -Cada PROTEÍNA tiene una estructura primaria determinada por un GEN concreto. -La estructura 1º proporciona INFORMACIÓN BIOQUÍMICA importante. -Cada unidad aminoacídica en un polipéptido → RESIDUO. -Se refiere a la secuencia de aminoácidos de una proteína -Las proteínas son polímeros lineales formados por la unión del grupo α-carboxilo de un aminoácido al grupo α-amino de otro aminoácido por medio de un enlace peptídico.
➢ ESTABILIZACIÓN DE LA 𝛼 -HÉLICE
-Muy estable. -Puentes de hidrógeno paralelos al eje -La estabilidad está condicionada por la secuencia de AA. -Interacciones entre R que quedan hacia afuera permite la formación de la estructura 3º. -Estabilizan: •Q+ próximas (3 residuos) a Q- •Aas aromáticos próximos (3-4) •Aas pequeños o sin carga (Ala, Leu) → La secuencia de aminoácidos afecta a la estabilidad de la hélice α: -Los AA Pro y Gly son los menos proclives a formarla. -Los AA Ala, Leu, Met y Gln son los má s proclives. -Desestabilizan: •Grupos R voluminosos •Secuencias con densidad de carga del mismo signo •Prolina y glicina → Muchos AA con carga positiva o negativa consecutivos desestabilizan la hélice α. ➢ DIAGRAMA DE RAMACHANDRAN PARA LAS HÉLICES -Las hélices dextrógiras y levógiras están dentro de las regiones permitidas pero en las proteínas. -Las α-hélices son dextrógiras -Los elementos de estructura secundaria están constituidos por residuos de aminoácidos con ángulos Φ y Ψ característicos. -Cada tipo de estructura secundaria de un segmento polipeptídico puede definirse completamente si se conocen los valores de los ángulos Φ y Ψ para todos los residuos del segmento. ★ ESTRUCTURA 𝞫 -HÉLICE -El esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra extendido en zig-zag. Se denomina cadena o hebra β. Las cadenas laterales de los AA alternan por encima y por debajo de la hebra.
- Las cadenas en zig-zag pueden disponerse de manera adyacente formando una estructura llamada hoja plegada β o lámina β. -Distancia axial entre dos residuos: 3.5 Å
- Hoja β antiparalela: La orientación amino-terminal a carboxilo-terminal de las hebras es inversa. Si las cadenas adyacentes que forman una hoja plegada β transcurren en sentidos opuestos se dice que es una hoja β antiparalela. Los puentes de H entre los grupos –NH y –CO conectan cada AA con un único AA de la cadena opuesta → En láminas β antiparalelas , las hebras unidas en H discurren en direcciones opuestas
- Los enlaces de hidrógeno entre las hebras son lineales (más fuertes) -Hojas β antiparalelas más estables que las paralelas
- Hoja β paralela: Si las cadenas adyacentes que forman una hoja plegada β transcurren en el mismo sentido se dice que es una hoja β paralela. Los puentes de H entre los grupos –NH y –CO conectan cada AA con dos AA diferentes de la cadena opuesta. → En láminas β paralelas , los hilos unidos en H discurren en dirección misma dirección.
- Los enlaces de hidrógeno entre las hebras están doblados (más débiles) -Lámina β intermolecular si las hebras pertenecen a cadenas polipeptídicas diferentes. -Lámina β intramolecular si son partes diferentes de una misma cadena Varias cadenas, normalmente 4 ó 5 pero hasta 10 ó má s pueden unirse formando una hoja β. Estas hojas β pueden ser paralelas, antiparalelas o mixtas
DOMINIOS
-Un dominio es una cadena polipeptídica o una parte de una cadena polipeptídica que puede plegarse independientemente en una estructura terciaria estable. -Los dominios están formados por diferentes combinaciones de elementos de estructura secundaria y motivos. -Dominios son también unidades de función. -A menudo los diferentes dominios de una proteína están asociados con diferentes funciones (dominio de unión a DNA; dominio enlazante de Calcio...). -Hay proteínas que tienen un solo dominio y otras varios. -No hay una distinción estructural fundamental entre subunidad y dominio ➔ ESTRUCTURA TERCIARIA -Es la disposición tridimensional global de todos los átomos de una proteína, es decir la estructura tridimensional completa de la cadena polipeptídica, dan lugar a proteínas fibrosas y globulares. -Los aminoácidos que están alejados en la secuencia polipeptídica y que se encuentran en tipos de estructura secundaria diferentes pueden interaccionar dentro de la estructura totalmente plegada de la proteína. ★ PROTEÍNAS FIBROSAS Presentan cadenas polipeptídicas dispuestas en largas hebras u hojas, tienen un único tipo de estructura secundaria. Insolubles en agua. Tienen función de soporte, forma y protección externa en vertebrados. Ej.: colágeno, α-queratina, fibroína de la seda. ➢ COLÁGENO -Se encuentra en el tejido conjuntivo de tendones, cartílagos, matriz orgánica de huesos, piel y córnea del ojo. -La gelatina es colágeno desnaturalizado. -Cada cadena α o subunidad de colágeno tiene una estructura secundaria repetitiva que sólo aparece en esta proteína. -Es una Hélice levógira más compacta que la hélice α. -Hélice levógira más compacta que la alfa hélice. -Superhélice dextrógira formada por enrollamiento de 3 hélices (tropocolágeno). -Gly, Ala, 4-0H-Pro, 5-0H-Lys muy abundantes. -El tripéptido Gly-X-Pro aparece repetido numerosas veces a lo largo de la cadena del colágeno HÉLICE LEVÓGIRA DEL COLÁGENO -La hélice está estabilizada por repulsión estérica de los anillos de Pro e Hyp. -La Hyp confiere estabilidad al colágeno al permitir la formación de mayor número de enlaces por puente de hidrógeno. -No presenta puentes de hidrógeno intracatenarios pero sí la estructura de super hélice dextrógira. -La Gly necesaria en el lugar en que las 3 cadenas entran en contacto
ENFERMEDADES ASOCIADAS A ALTERACIONES GENÉTICAS O METABÓLICAS DEL COLÁGENO
La estructura del colágeno puede verse alterada debido a mutaciones genéticas, como ocurre en el caso de la enfermedad de la osteogénesis imperfecta, o a alteraciones metabólicas como sucede en el caso del escorbuto y el latirismo. Las diferentes alteraciones confirman el papel fundamental de ciertos residuos en la estructura de la molécula de colágeno y en su asociación para la formación de fibras en la matriz extracelular. Algunas variantes de osteogénesis imperfecta se producen por una mutación que tiene como consecuencia la síntesis de cadenas a en las que faltan 84 aminoácidos. Estas cadenas más cortas se asocian con las normales y forman una triple hélice defectuosa que es degradada. Existen otras formas de osteogénesis imperfecta en las que la mutación consiste en una sustitución de Gly por otro aminoácido. Esta alteración también produce una triple hélice inestable ya que la Gly, por su pequeño tamaño, es esencial para que las tres cadenas se aproximen y formen la molécula de colágeno. En el escorbuto la deficiencia en colágeno se debe a la falta de ácido ascórbico (vitamina C) necesario para la actividad de dos enzimas (hidroxilasas) que catalizan la hidroxilación de los residuos de Pro y Lys. Sin hidroxiprolina, se producen hélices inestables que son degradadas en el interior de las células. El l atirismo es una enfermedad inducida por la ingestión de las semillas de una planta: Lathyrus odoratus (guisante dulce) que contiene una sustancia (B-aminopropionitrilo, N=C—CH,—CH,—NHj) que actúa como inhibidor irreversible de la enzima lisil oxidasa requerida en la primera etapa de oxidación que lleva a la formación de los entrecruzamientos de las moléculas de colágeno. El síndrome de Ehlers-Danlos , del que se conocen al menos seis variantes en la población humana produce debilidad en las articulaciones. Esta enfermedad es el resultado de la sustitución de un solo residuo de Gly por un residuo más voluminoso como Cys o Ser. (contorsionistas)
Como resultado de estas interacciones las cadenas laterales se distribuyen según la polaridad: -Los restos no polares se distribuyen generalmente en el interior de la molécula evitando las interacciones con el disolvente y forman un núcleo con carácter hidrofóbico. Val, Leu, Ile, Met, Phe. -Los restos polares con carga se localizan en la superficie de la proteína, interaccionando con el agua y permitiendo que la proteína permanezca en la disolución. Asp, Glu, Lys, Arg, His. -A veces un ión puede estar en el interior por participar en la catálisis. Ej: la His unida al Fe del hemo en la hemoglobina y en la mioglobina. -Los restos polares sin carga se presentan habitualmente en el exterior pero también en el interior, donde pueden formar puentes de H (dadores).
- Una vez formada la estructura terciaria de una proteína globular contribuyen a su estabilización: enlaces puente de H, interacciones hidrofóbicas y enlaces iónicos. ➔ DISTRIBUCIÓN DE AA EN UNA PROTEÍNA TRANSMEMBRANA Las proteínas de membrana, están incluidas en la bicapa lipídica, de carácter hidrofóbico. La parte transmembrana de estas proteínas suelen ser hélices con restos apolares (Leu, Phe) hacia el exterior de la hélice. ➔ ESTRUCTURA CUATERNARIA -Ordenamiento espacial de las subunidades de una proteína
- Aparece en proteí nas oligomé ricas o multimé ricas. Proteí nas fibrosas la estructura cuaternaria resulta de la asociació n de varias hebras para formar una superhé lice. Proteí nas globulares cada una de las subunidades se denomina protó mero y pueden ser iguales o distintas. PROTEÍNAS NATIVAS
- Son las que se encuentran en su conformación funcional plegada, siendo esta, la más estable
- La conformación nativa está estabilizada por puentes disulfuro e interacciones no covalentes
- La conformación más estable es la que permite la formación del número máximo de puentes de hidrógeno dentro de la proteína.
- En general, los residuos hidrofóbicos quedan orientados hacia el interior de la proteína, lejos del contacto con el entorno acuoso. Los residuos hidrofílicos quedan orientados hacia el exterior
★ DESNATURALIZACIÓN
La desnaturalización de una proteína es la pérdida de la estructura terciaria suficiente para originar la pérdida de su función. La desnaturalizació n puede realizarse mediante agentes desnaturalizantes: -Calor. Se rompen puentes de H. -pH extremos. Altera la carga de la proteí na, dando lugar a la aparición de repulsiones electrostáticas y la destrucción de algunos puentes de H. -Disolventes orgá nicos, urea o detergentes rompen las interacciones hidrofóbicas que forman el núcleo estable de las proteí nas globulares. -Aumento de la fuerza iónica del medio (adición de sulfato amó nico). Provoca una disminució n de la hidratación de los grupos iónicos superficiales de la proteí na. La secuencia de aminoácidos determina la estructura terciaria. La prueba má s importante procede de experimentos que demuestran que la desnaturalizació n es reversible. Este proceso se conoce como renaturalización. La conformación tridimensional de la proteí na plegada se denomina estructura nativa. ★ PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS El plegamiento anormal de proteí nas es la base molecular de una amplia gama de enfermedades humanas. Las fibras amiloides aparecen en enfermedades neurodegenerativas no infecciosas como el Alzheimer y el Parkinson. El plegamiento de una proteína es progresivo. Se forman primero las estructuras secundarias locales, después interacciones de largo alcance para formar estructuras supersecundarias, a continuación los dominios y por último el plegamiento del polipéptido entero. Las chaperonas moleculares son proteínas que interaccionan con polipéptidos parcialmente o incorrectamente plegados, facilitando rutas de plegamiento correctas, e impiden la agregación de los péptidos no plegados. Las chaperonas moleculares no promocionan activamente el plegamiento. Las chaperonas (Hsp 70 y 90) y las chaperoninas (Hsp 60) colaboran en el plegamiento de proteínas. Las chaperonas estabilizan proteínas nacientes o mal plegadas para prevenir su agregación, y las chaperoninas facilitan directamente el plegamiento al proporcionar una cámara cerrada en la que las proteínas sustrato pueden alcanzar el estado nativo. El consumo de ATP no se emplea en proporcionar energía para el plegamiento de la proteína sustrato sino para provocar cambios conformacionales en las propias chaperonas. Para que las proteínas funcionen correctamente han de plegarse y alcanzar el estado nativo, su conformación más estable. En el proceso de plegamiento de algunas proteínas intervienen las chaperonas que ayudan a plegarse a otras proteínas.
