Estructura y propiedades de proteínas: aminoácidos, enlaces y tipos. - Prof. Martínez Ocho, Apuntes de Bioquímica

¡Descarga Estructura y propiedades de proteínas: aminoácidos, enlaces y tipos. - Prof. Martínez Ocho y más Apuntes en PDF de Bioquímica solo en Docsity! 1 Luis Martinez Gil Tema 1. Resumen ● O, H and C represent 98% of atoms in all life forms ● The special molecular properties of water allow the presence of life ● Water is a polar molecule. Partial + charge near H and – close to O ● Interacciones no covalentes en medio acuoso ● Propiedades térmicas del agua ● El agua como disolvente 2 Luis Martinez Gil Tema 2. “Aminoácidos. Enlace peptídico. Estructura primaria y secundaria de las proteínas” ● Aminoácidos – Aminoácidos estándar – Propiedades de los aminoácidos – Aminoácidos no estándar ● El enlace peptídico – Propiedades – Péptidos y proteínas ● Estructura de las proteínas – Niveles de estructura ● Estructura primaria ● Estructura secundaria – Diagrama de Ramachandran – Hélice  – Hoja  – Giros  5 Luis Martinez Gil Propiedades Ácido-Base de los aminoácidos Carga neta +1 Carga neta 0 Carga neta -1 Forma aniónicaForma (neutra) Forma catiónica K2; pK2K1; pK1 A pH 7 los aminoácidos sin cadena lateral son zwitteriones/iones dipolares – presentan simultáneamente carga positiva y negativa 6 Luis Martinez Gil Aminoácidos estándar •Se diferencian por su cadena lateral (R) •Todas las proteínas de todas las especies se constituyen de estos 20 amino ácidos •Se representa normalmente el estado de protonación a pH 7,0 •Los aminoácidos se clasifican (generalmente) según las propiedades de sus cadenas laterales (a pH 7,0) ➔ Neutros no polares (hidrofóbicos) ➔ Neutros polares (distribución asimétrica de la carga en R) ➔ Ácidos a pH 7 ➔ Básicos a pH 7 7 Luis Martinez Gil Aminoácidos estándar Aminoácidos neutros no polares Aminoácidos neutros polares Aminoácidos ácidos Aminoácidos básicos Glicina Alanina Valina Leucina Isoleucina Fenilalanina Triptófano Metionina Cisteina Prolina Serina Treonina Tirosina Asparagina Glutamina Aspartato Glutamato Lisina Arginina Histidina 10 Luis Martinez Gil Aminoácidos aromáticos Fenilalanina Phe, F Tirosina Tyr, Y Triptofano Trp, W No polar (hidrofóbico) Polar No polar (hidrofóbico) Fenilo In d o l 11 Luis Martinez Gil Fluorescencia del Trp Abs/Ex 280 nm Em 300 to 350 nm dependiendo del entorno de la proteína Figure 1. Structural changes in erythroid, nonerythroid spectrin in presence of increasing concentrations of urea and GuHCl monitored by fluorescence spectroscopy at pH 8.0 and 25°C. Published: January 24, 2015 12 Luis Martinez Gil Aminoácidos básicos con carga + (hidrófilos) Arginina Arg, R Histidina His, H Lisina Lys, K Tiene carga positiva a pH<6 15 Luis Martinez Gil Aminoácidos no estándar Aminoácidos distintos de los 20 estándar y derivados de éstos realizan funciones biológicas importantes como mensajeros o precursores – Neurotransmisores – Hormonas – Precursores e intermediarios metabólicos 16 Luis Martinez Gil Aminoácidos esenciales y no esenciales No esenciales Esenciales Alanina Histidina Arginina isoleucina Asparagina Leucina Aspartato Lisina Cisteína Metionina Glutamato Fenilalanina Glutamina Treonina Glicina Triptófano Prolina Valina Serina Tirosina ● Aminoácidos no esenciales son aquellos que el ser humano es capaz de sintetizar ● Aminoácidos esenciales deben ser suministrados por la dieta 17 Luis Martinez Gil Valores de pK a de los aminoácidos α-carboxilo terminal α-amino terminal Cadena lateral ionizable pK R <pK 2 pK R >pK 2 20 Luis Martinez Gil Polímeros de aminoácidos : el enlace petídico ● Enlace peptídico es un enlace amida formado por la unión del grupo -carboxilo y el grupo -amino de dos aminoácidos ● La biosíntesis del enlace peptídico requiere aporte de energía ● Un polipéptido es un polímero de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos Cada unidad de un polipéptido se llama residuo de aminoácido La cadena polipeptídica tiene direccionalidad Tyr-Gly-Phe-Leu = Leu-Phe-Gly-Tyr 21 Luis Martinez Gil Propiedades del enlace peptídico ● Carácter parcial de doble enlace No tiene libertad de giro Más corto que enlaces sencillos C—N ● Aparece normalmente en conformación trans ● Los grupos C=O y N-H peptídicos son polares Participan en la formación de enlaces de hidrógeno C—N —C O H C— C—N —C O H C— Estructuras resonantes del enlace peptídico Equilibrio cis-trans. Sólo en los enlaces X–Pro aparece la conformación cis en una proporción significativa C—N —C O H C— C=N —C O- C— + H 22 Luis Martinez Gil Distancias y ángulos del enlace peptídico ● El enlace peptídico es rígido y planar ● Los enlaces Cα-C y N-Cα son enlaces sencillos puros Una gran variación de ángulos son permitidos Trans Cis Impedimentos estéricos Distances in Å 25 Luis Martinez Gil Esqueleto peptídico ... Una cadena polipeptídica consta de: ● Cadena principal o esqueleto. Parte que se repite regularmente ● Cadenas laterales de los aminoácidos 26 Luis Martinez Gil Péptidos • Son polímeros de unos pocos aminoácidos – La cadena polipeptídica tiene direccionalidad • Ejemplos de péptidos importantes – Glutatión (tripéptido) ● Agente reductor. Protege a las células de productos oxidantes derivados del metabolismo del O2 – Vasopresina (Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2) ● Hormona antidiurética. Interviene en la regulación del equilibrio hídrico – Oxitocina (Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2) ● Hormona sexual. Estimula la secreción de la leche y la contracción muscular uterina durante el parto – Péptidos opiáceos (Ej: Endorfina Tyr-Gly-Gly-Phe-Met- Thr-Ser-Glu-Lys-Ser-Gln-Thr-Pro-Leu-Val-Thr) ● Pentapéptidos que intervienen en el alivio del dolor ● Endógenos y exógenos 27 Luis Martinez Gil Proteínas ● Largas cadenas polipeptídicas (>50 residuos) que se pliegan con una estructura definida ● Responsables de la mayoría de las funciones bioquímicas: – Catálisis – Transporte – Estructura – Almacenamiento – Movimiento – Detoxificación – Defensa – Regulación 30 Luis Martinez Gil Estructura primaria Secuencia de aminoácidos – Específica de cada proteína • Permite establecer relaciones evolutivas – Las proteínas homólogas tienen secuencias semejantes – Identity vs Similarity Histone H1 Human KKLAATPKKAKKPKTWKAKPVKASKPKKAKPVK Mouse KKPAATPKKAKKPKVWKVKPVKASKPKKAKTVK Rat KKPAATPKKAKKPKIWKVKPVKASKPKKAKPVK Cow KKPAATPKKTKKPKTWKAKPVKASKPKKTKPVK Chimp KKLAATPKKAKKPKTWKAKPVKASKPKKAKPVK 31 Luis Martinez Gil Estructura primaria Secuencia de aminoácidos – Mutaciones --> Variaciones en la secuencia • Residuos poco variables – Importantes para la función • Mutaciones conservadoras – Entre residuos químicamente semejante • Existen mutaciones asociadas a enfermedades – Eliminación de la Phe508 en la proteína CFTR causa Fibrosis Cística. – H275Y/ N295S en la proteína M2 de la gripe causa resistencia a Tamiflu 32 Luis Martinez Gil Estructura secundaria Plano amida- peptídico Cadena lateral Carbono  Phi psi Patrones repetitivos de conformación local de la cadena polipeptídica – Dependen de los valores de los rotámeros  y  • Hay un número limitado de conformaciones posibles debido a impedimentos estéricos entre los grupos -NH, -CO y -R • La conformación más favorable depende de la secuencia de aminoácidos – Las conformaciones posibles (helices alpha, hojas beta) se estabilizan por un número elevado de enlaces de hidrógeno Enlace peptídico 35 Luis Martinez Gil Diagrama de Ramachandran • Distribución de ángulos  y  en un polipéptido de poli- alanina – En blanco: Valores prohibidos – En azul: Valores posibles • Tipos principales de estructura secundaria – Hélices  – Cadenas  G.N Ramachandran  ( g ra d o s)  (grados) Hélice  (a derechas) Cadenas  Hélice  (a izquierdas) 36 Luis Martinez Gil Diagrama de Ramachandran Distribución de ángulos  y  en un polipéptido de poli-alanina Hélice  (a derechas) Cadenas  Hélice  (a izquierdas) 37 Luis Martinez Gil Hélice  (3,6) Conformación  helicoidal “a derechas” –  =-60o, =-40o − -50o – 3,6 residuos por vuelta (paso de vuelta) • avance de 5,4 Å por vuelta – Los grupos peptídicos participan en enlaces de H • Entre residuos i e i+4 • Excepto en los extremos – Las cadenas laterales se dirigen hacia fuera • Mínima repulsión • Posibles interacciones entre ellas •3,6 residuos •5,4 Å •(1,5 Å por residuo) Residuo “i+4” Residuo “i” Cadenas laterales hacia afuera Vista desde arriba 5 4 3 1 13 átomos por cada bucle cerrado por un enlace de H C-ter N-ter 2 40 Luis Martinez Gil Estabilidad de la hélice  ● Interacciones entre cadenas laterales – Residuo i con i+3 e i+4, y con i-3 e i-4 • Electrostáticas – Atractivas (estabilizadoras, entre residuos de distinta carga) – Repulsivas --> desestabilizadoras (entre residuos con la misma carga) • Efecto hidrofóbico • Algunos residuos desestabilizan la hélice  – Glicina (no tiene R --> otorga demasiada flexibilidad) – Prolina (restringe el giro de ; no tiene -NH para formar enlace de H) – Residuos voluminosos (Trp) y ramificados en el carbono  (Val, Thr) (impedimentos estéricos) Residuo “i+4” Residuo “i” 5 4 3 1 C-ter N-ter 2 6 41 Luis Martinez Gil Representaciones de las hélices  Contenido en hélice  Ferritina ~ 75% hélice  25% de las proteínas adopta una conformación en hélice  42 Luis Martinez Gil Dipolo de la Hélice  3,6 residuos 5.4 Å Momento dipolar 45 Luis Martinez Gil Representaciones de hojas  Hoja  Hélice  ● Otras estructuras ● Sin estructura 46 Luis Martinez Gil Giros  • Cambian la dirección de la cadena 180o – Conectan entre sí cadenas  antiparalelas • Son giros cortos y cerrados – Implican cuatro residuos • Poco voluminosos • Con frecuencia Gly y Pro – Enlace de H entre i e i+3 (1º y 4º) • Hasta 9 tipos distintos – Según conformación de residuos 2º y 3º – Tipos I y II son los más comunes Tipo I Tipo II 12 3 4 3 4 12 47 Luis Martinez Gil Estructuras supersecundarias y motivos estructurales ● Son combinaciones de elementos de estructura secundaria que forman patrones definidos. Estructuras supersecundarias Motivos estructurales ● Son la base de la clasificación estructural de las proteínas