1 PROTEÍNAS Bioquímica, CHEM 4220 Universidad Interamericana de PRRecinto de Bayamón Prof. Alberto L. Vivoni Alonso Prof. J. Roberto Ramirez Vivoni Versión marzo 2015

2 ¿Qué son las proteínas? Cadena de aminoácidosEstructura tridimensionales Llevan a cabo diversas funciones Su función depende de la estructura tridimensional Se sintetizan por traducción

3 Síntesis de proteínas por traducción

4 Funciones de las proteínasCatálisis enzimática Transporte Soporte estructural Movimiento Reconocimiento Regulación

5 Clasificación de proteínas por estructuraFibrosas – tienen forma de fibras. Ejemplos: queratinas (pelo, uñas), miosinas (músculos), colágeno (piel, tendones) Globulares - tienen forma de glóbulos. Ej. Enzimas, hemoglobina, insulina, caseina en la leche

6 Otras clasificacionesProteínas transmembrenales: atraviesan la membrane cellular Proteína nativa: la forma en que funciona biológicamente en la célula Proteínas conjugadas: Enlazadas covalentemente con grupos prostéticos (grupos diferentes de aminoácidos)

7 Proteínas conjugadas Apoproteína: Porción polipeptídica solamente de una proteína Haloproteína: Proteína activa con todos sus componentes (polipéptido, grupos prostéticos, cofactores) Glicoproteínas: enlazados a sacáridos Lipoproteínas: enlazadas a lípidos

8 Mioglobina: proteína conjugada

9 Proteínas globulares y fibrosasMioglobina Colágeno

10 Niveles estructurales1°: Secuencia de aminoácidos 2°: Doblamiento de estructura 1° 3°: Doblamiento de estructura 2° 4°: Unión de 2 o más estructuras 3°

11 Estuctura primaria Secuencia de aminoácidosResultado de la traducción de información genética Define forma y función de la proteína

12 Estructura primaria

13 Estructura secundaria de proteínasProteínas globulares: Hélices a Láminas plegadas b Conectores Proteínas fibrosas Arrollo de varias cadenas

14 Hélice α

15 Hélice α vista desde arriba

16 Hélice α Espiral de derecha (como un tornillo)El oxígeno de los carbonilos forma puente de H con un H amido 4 aminoácidos alejado. Cada vuelta cubre 5.4 Å y posee 3.6 aminácidos. Grupos R quedan hacia afuera. Residuos Gly y Pro rompen la hélice.

17 Puentes de hidrógeno en hélices a

18 Cálculo en hélice alfa Determine la longitud (en Angstroms) de una pieza con contiene 8 aminoácido. (1 Angstrom = metros)

19 Láminas plegadas b Configuración b: cadena extendidaDos o más regiones del polipéptido interaccionando Dos posibles orientaciones: paralela y anti-paralela

20 Lámina plegada β anti-paralela

21 Orientaciones anti-paralela y paralela

22 Láminas plegadas b paralelas y anti-paralelas

23 Estructura secundaria: helice a, lámina b paralelas y anti-paralelas, conectores

24 Estructura terciaria Doblamiento de estructura 2°

25 Fuerzas que mantienen estructura 3°Fuerzas London (van der Waals) entre grupos R no-polares e hidrofóbicos Puentes de H entre grupos R con O, N o S Puentes salinos entre aminoácidos de carga opuesta Puentes disulfuros entre cisteínas

26 Fortaleza de fuerzas intramoleculares en Kcal/molPuente salino (enlace iónico) ~150 Puente de Hidrógeno Fuerzas London < 1 Puente disulfuro (S-S) Otros enlaces covalentes: C-N C-C C=C C-H

27 Interacciones hidrofóbicas (London)

28 Puentes de hidrógeno

29 Puentes salinos

30 Puentes disulfuros (cistinas)

31 Fuerzas intramolecularesHydrophobic interaction

32 Estructura cuaternariaUnión de dos o más estructuras 3° Fuerzas que las unen son las mismas de estructura 3° Residuos polares tienden a estar en la superficie; los no-polares en el interior. Hemoglobina

33 Preguntas De los siguientes residuos, cuáles se espera que se encuentren en la superficie de la proteína y cuáles en el interior: metionina, histidina, arginina, fenilalanina, valina, glutamina, ácido glutámico. Qué función se espera que ejerza fenilalanina en la superficie de una proteína? Qué función se espera que ácido aspártico ejerza en el interior de una proteína?

34 Ejemplo de proteína fibrosa: ColágenoSe encuentra en la piel y tendones Triple hélice de derecha Cadenas individuales son hélices de izquierda Una vuelta son 3.3 aminoácidos y 9.6 angstrom Se componen de Pro-Gly-X* * X: cualquier otro aminoácido

35 Proteínas globulares vs fibrosasEstructura compacta Soluble en agua Estructura 2° compleja Unión con otras proteínas por fuerzas no-covalentes Actuan en toda función del metabolismo: enzimas, transporte, hormonas, etc. Se desnaturalizan fácilmente Estructura extendida Insoluble en agua Estructura 2° simple (helices y laminas) Unión con otras proteínas por puentes covalentes Estructurales: tendones, ligamentos, pelo, piel, huesos, músculo No se desnaturalizan con facilidad

36 Desnaturalización de proteínasEstructuras 2° y 3° se desorganizan Se pierde la forma nativa y función Factores Temperatura pH Solventes orgánicos y detergentes Metales pesados

37 Desnaturalización

38 Efecto de temperatura

39 Efecto de pH (pH óptimo para función biológica)

40 Desnaturalización por ácido o base

41 Desnaturalización por alcohol

42 Desnaturalización por agentes reductores

43 Desnaturalización por metalesSales metálicas interrumpen puentes salinos Cationes de sales metálicas: Hg+2, Pb+2, Ag+1 , Cd+2

44 Determinación de la estructura de las proteínas (Protein Data Bank, PDB)Rayos X Resonancia magnética nuclear (NMR) Espectrometría de masa (MS)

45 Purificación y caracterizaciónPropiedades físicas: Solubilidad Carga Punto isoleléctrico Polaridad Tamaño Afinidad

46 Métodos experimentalesCromatografía Afinidad Intercambio iónico Electroforesis Dialisis Filtración Centrifugación

47 Pregunta Las proteínas ovalbumin, ureasa y mioglobina tienen un pI de 4.6, 5.0 y 7.0 respectivamente. Una mezcla de ellas se vierte en una columna de celulosa con cargas positivas. Luego de que la columna se eluye con un amotiguador de pH 6.5 a diferentes concentraciones de sal, en qué orden saldrán estas proteínas de la columna?

48 Otra pregunta En qué orden salen las las siguientes proteínas de una columna de flitración de gel: Proteína Masa molar (kD) mioglobina 16 catalasa citocroma c 12 quimotripsógeno 26 hemoglobina 66

49 Electroforesis cathode anode

50 Pregunta En qué dirección se moverán las siguientes proteínas en un campo eléctrico a pH 5 y 7? Proteína pI albúmina 4.6 lactoglobulina 5.2

51 Otra pregunta Hemoglobina tiene un pI = 6.9. Una variante tiene un residuo de glutamato en vez de valina en la posición 67. Qué efecto tiene esta sustitución en la electroforesis de esta proteína a pH 7.5?

52 El caso de hemoglobina Tetrámero compuesto de 2 cadenas a, 2 cadenas b y grupos hemo.

53 Grupo hemo

54 Mioglobina

55 Características Afinidad para oxígeno Efecto de pH AlosterismoCooperatividad