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UNIVERSIDAD DE LEÓN
Miguel A. Ferrero García
PLEGAMIENTO
DE LAS
PROTEÍNAS
Bioquímica 1º Curso
PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS
Durante biosíntesis---RIBOSOMAS
Génesis
de
interacciones
que
permiten
la
adopción
de
la
conformación adecuada
la secuenciaDeterminado por
ASISTINDOESPONTÁNEO
PROTEÍNAS ASISTENTETESCHAPERONAS
PROGRESIVA LAS PROTEÍNAS SE PLIEGAN POR ESTABILIZACIÓNESTRUCTURAS TRIDIMIENSIONALESLINEALES Y POSTERIORMENTE SE PLIEGAN ENLÁS PROTEÍNAS SE SINTETIZAN COMO POLÍMEROS
DE
INTERMEDIARIOS
Y
NO
POR
BÚSQUEDA ALEATORIA
SE DESNATURALIZAN LAS PROTEÍNAS PUEDEN PERDER ESTA ESTRUCTURA.
Consecuencias inmediatas son:estadístico.cuaternaria) quedando la proteína reducida a un polímeroestructuras de orden superior (secundaria, terciaria y La desnaturalización consiste en la pérdida de todas las
- Disminución drástica de la solubilidad de la
precipitaciónproteína, acompañada frecuentemente de
- Alteración de sus propiedades hidrodinámicas- Pérdida de todas sus funciones biológicas
Agentes desnaturalizantes
I. Físicos
2. Radiaciones1. Calor
presentes en la estructura nativa de la proteína:II. Químicos: todos los agentes que rompen interacciones o enlaces
3. Altas concentraciones de sal y pH extremos2. Urea y guanidina a altas concentraciones1. Detergentes
4. Reactivos de grupos -SH
ESTADOS PROTEICOS
Estado nativo (N)
Compactación óptima
Grupos polares en el exterior
Mínima superficie expuesta
Organización jerárquica de la estructura
Flexibilidad óptima
Conformación única y cooperativa
Mínimo energético
Desnaturalizado Nativo N
U (
unfolded =desenrrolado)
N
U
Estado desnaturalizado (U)
Máxima superficie expuesta al solventeExpansión máxima (5-10 veces el volumen de N)
No existen interacciones preferenciales entre residuos
Infinitas conformaciones
desnaturalizantescomportamiento de muchas proteínas en condiciones fuertementeEstado ideal, modelo teórico que describe aproximadamente el
Muchas
proteínas
tienen
un
estado
de
desnaturalización
diferente,
muestran
estructura
interacciones entre cadenas laterales inexistentes.compacta como la nativa pero con la mayoría de las
ESTRUCTURA SECUNDARIA Y NO TERCIARIA
N
U
M
Estado de glóbulo fundido “molten globule” M
Estado de glóbulo fundido (M)
Grupo heterogéneo de conformaciones no nativas
Estructura residual secundaria, nativa o no nativa
Sin estructura terciaria
Tendencia a la agregación
Existen como:
Resultado deEn ausencia de cofactores específicosEn trazas en equilibrio con NPrecursores cinéticos de N
vías muertas del plegamiento
Proteína
desplegada
(unfolded)
Glóbulo
fundido
(molten globule)
(folded) plegada Proteína
¿Búsqueda al aleatoria de la estructura de mínima energía?
es equivalenteLa energía de todos estos estados Múltiples estados desordenados:
El de menor energíaEstado ordenado únicoEstructura nativa:
estructura nativaEl plegamiento de las proteínas no se realiza por la búsqueda al azar de la
¿Existe una ruta definida de plegamiento?
Posibilidad
de
existencia
de
una
ruta
definida
de
plegamiento
que
pasara
Experimentalmenteestuviera menor energía que el anterior hasta llegar al estado nativo.obligatoriamente por determinados estados (intermediarios) cada uno de los cuales
se
han
detectado
algunos
intermediarios
del
proceso
de
fundido (molten globular state).mayor (estructura terciaria). A dicha estructura se la conoce como estado de glóbulo(estructura secundaria nativa), pero que no mantiene las interacciones de rangocompacta (globular) que retiene un elevado contenido de las conformaciones localesplegamiento. En particular en varias proteínas se ha detectado una estructura
plegamientoproceso de Intermediarios del energíaúnico. El de menorEstado ordenadoEstructura nativa:
El embudo de plegamiento (
The folding funnel
las La ruta de plegamiento en la mayoría de
proteínas
no
es
única
(solución
proteínaproteína se asemeja a un embudo y que lasupone que la superficie de energía de laalternativa a la paradoja de Levinthal). Se
se
pliega
por
rutas
diferentes
sedependiendo de la conformación en la que
encuentre
en
el
estado
desplegado.
Cada
ruta
seguiría
la
línea
de
menor
lasalcanzan el fondo de un embudo siguiendoestructura nativa como gotas de agua queenergía desde esta conformación hasta la
líneas
de
máxima
pendiente
y
sin
del embudo.necesidad de recorrer toda la superficie
conformación inicialdependientes del la Distintas rutas de plegamiento
intermediarios? ¿Que ocurre con los
presenta un intermediario Ruta de plegamiento que
globular stat Molten
e
Ruta directa de plegamiento
la proteínasla superficie de energía de Una visión mas realista de
stat Molten globular
e
inaccesiblesConformaciones
(misfolding states)erróneamenteEstados plegados
ESTUDIOS DE CINÉTICA RÁPIDA
CAPUTRA DE INTERMEDIARDOS CON S-S
ESTUDIOS DE RMN EN DE MARCAJE PULSADO
SÍNTESIS DE NÚCLEOS DE PLEGAMIENTO
MUTAGÉNESIS DIRIGICA
DISEÑO DE PROTEÍNAS
LOS
INTERMEDIARIOS
PARCIALMENTE
PLEGADOS
PUEDEN
SER DETECTADOS AISLADOS Y CARACTERIZADOS
“IN
VIVO”
EL
PLEGAMIENTO
ESTÁ
CATALIZADO
POR
1. ISOMERASAS Y CHAPERONINAS
PDI- Protein disulfuro isomerase
PPIasas- Prolil
cis-trans
isomerasas
Chaperoninas
FOLDASAS
Son enzimas que catalizan
pasos de velocidad limitante en el
prolinapuentes disulfuro o isomerización cis-trans en los residuos deproceso de plegado de una proteína. Por ejemplo formación de
Proteín disulfuro isomerasas (PDI) (tiol reductasas)
Cys presentes en la cadena:incrementa drásticamente con el número de El número de puentes disulfuros posibles se
Con 8 cisteínas se pueden formar 105 puentes S-S diferentes Con 6 cisteínas se pueden formar 15 puentes S-S diferentes
Con 16 cisteínas se pueden formar más de 2.000.000 puentes S-S diferentes
La PDI contiene 2 secuencias Cys-Gly-His-Cys los tioles son altamente reactivos
Isomerización cis/trans de prolinas
PPIasas- Prolil
cis-trans
isomerasas
Chaperones moleculares
ayudan a las proteínas mal plegadas a encontrar su conformación nativaNo contienen información sobre modelos particulares de plegamiento, sino quenativo de otros mal plegados: aceleran el correcto plegamientoActúan como enzimas al disminuir la barrera energética que separa el estadofacilitando su correcto plegamiento, estado oligomérico ó destino final Proteínas que se unen a polipéptidos en una conformación inestable,
un aumento en la expresión de HSP Situación de estrés genera cadenas polipeptídicas desnaturalizadas y se produce PROTEINAS DE CHOQUE TERMICO -HSP-CALNEXINANUCLEOPLASMINAS
Chaperonina de
E.coli
Chaperoninas del grupo II: Eucariotas y archaea
Con 8 o 9 subunidades cada anilloHeterooligómeros de 2 anillos
DESNATURALIZACIÓNLA INTRODUCCIÓN DE S-S AUMENTA LA Tm DEPOCO ESTABLES LA EVOLUACIÓN HA SELECCIONADO PROTEÍNAS
HAY VENTAJAS DE LA POCA ESTABLIDAD
Facilidad de degradaciónDesnaturalización parcial en el transporteCaída en trapas cinéticas insalvablesMayor flexibilidad
Enfermedades del plegamiento anómalo de proteínas
“Enfermedades conformacionales”
Plegamiento
in vivo
: dos
PrPc y PrPscconformaciones de la proteína priónica
adición de proteínas del conjunto normaluna configuración anómala crece por la Un núcleo formado por proteínas con
