Proteinas Ii: Estructura 2ria Y 3ria. Coila P., Fmvz-una-puno

ESTRUCTURA PRIMARIA DE LAS PROTEÍNAS

GENERALIDADES Se refiere a la secuencia de AA.  Es la base para los demás niveles de organización y función biológica de las proteínas.  Sanger en 1955 determina por 1ra vez la secuencia completa de la insulina.  Desde esa fecha se han secuenciado miles de proteínas. 

EL ENLACE PEPTÍDICO  

Es la unión de un grupo α-carboxilo de un AA con el grupo α-amino de otro AA. Se requiere energía del ATP. Los grupos amino y carboxilo de la cadena lateral NO forman enlaces peptídicos

Formación del enlace peptídico por dehidración

NH2

1

COOH

2

NH2

COOH

Deshidratación

Carbodiimida

-H2O

O NH2

1

C N H

2

COOH

Características del enlace peptídico: es rígido y planar = grupo amida planar

C

H

C O

N

C

El enlace peptídico (C-N) es un enlace simple, pero se comporta como un doble enlace debido a estabilización por resonancia (aprox. 40%). Por tanto, no hay libertad de rotación alrededor de este enlace.

Determinados por L. Pauling y R. Corey (P.N. 1954)

Distancias interatómicas y ángulos de enlace del grupo amida planar

Configuraciones tipo cis y trans del enlace peptídico La configuración trans es más estable y la más frecuentemente encontrada en las proteínas. La configuración cis sólo es compatible con la Pro.

PÉPTIDOS 

Son compuestos formados por 2 o más AA, unidos por enlaces peptídicos.  

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Oligopéptidos.- Si constan de 2 a 10 residuos (di, tri, tetra, pentapéptidos, etc.) Polipéptidos.- Si tienen más de 10 residuos.

Los péptidos siempre se escriben del extremo N-terminal al extremo C-terminal. Cuando un AA forma parte de una cadena se denomina residuo.

Note que el esqueleto (o columna vertebral) de una cadena peptídica es: N - Cα – C – N - Cα – C – N - Cα – C – N …..etc. La lectura de una cadena es del N-terminal al C-terminal.

Ejemplo de un nonapéptido

LA INSULINA  

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Fue la primera proteína completamente secuenciada por Sanger en 1955. Se estableció que esta constituida por 51 AA y 2 cadenas (A y B). Las 2 cadenas se unen por 2 puentes S-S (intercatenario). La cadena A tiene un puente S-S (intracatenario). Es sintetizada por las células ß del páncreas bajo la forma de proinsulina. Su rol es regular los niveles de azúcar en la sangre (glicemia).

ANEMIA FALCIFORME 

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Es una enfermedad molecular hereditaria caracterizado por la presencia de GR en forma de hoz (sickle) causando trombosis. Su fragilidad (vida más corta) conduce a anemia. Causa: sustitución de Val por Glu en la posición 6 de las cadenas ß de la Hb debido a una mutación puntual en el gen que codifica esta cadena. La Hb se denomina HbS que forma agregados (polímeros) que hacen que el GR cambie de forma.

Conclusión: La estructura primaria de la proteína determina los demás niveles de organización (2ria, 3ria y 4ria.)

Proteínas homólogas 

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Son proteínas (en una misma especie o en diferentes especies) que tienen la misma función biológica pero que difieren en su estructura primaria. Ej. Isoenzimas, Inmunoglobulinas, etc. Sólo difieren en los residuos variables, pues los invariables son esenciales para su función. Estas proteínas permitieron la construcción de mapas evolutivos de las especies del planeta (árboles filogenéticos).

Ejemplo: de los 153 residuos de la mioglobina humana (en rojo) sólo difiere en un AA de la de chimpancé (en azul).

ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL (3D) DE LAS PROTEÍNAS. •Factor

determinante de la actividad biológica de una proteína = conformación nativa. •Dependiente de la estructura primaria.

Arbol filogenético para el citocromo c

ESTRUCTURA SECUNDARIA 

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Se refiere a la orientación espacial de un tramo de la cadena peptídica (del esqueleto). El enlace peptídico no tiene libertad de rotación, pero los enlaces phi y psi tienen gran libertada de rotación. La rotación de estos enlaces determinan la orientación de la cadena (tipo de estructura secundaria).

Ejemplos de rotación de los enlaces phi y psi.

TIPOS DE ESTRUCTURA SECUNDARIA 

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Teóricamente, según las rotaciones de estos ángulos, habrían una infinidad de tipos de estructura secundaria. Sin embargo, por razones estéricas no son posibles. Si los valores phi y psi son constantes en un tramo de la cadena, éste adopta una forma helicoidal regular. Los tipos más comunes son las estructuras: 1. Helicoidales (o estructuras α) 2. Laminares (o estructuras β)

1. Estructuras helicoidales 

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

Una hélice se caracteriza por el número de vueltas (n) y por su inclinación o paso (p). Las hélices pueden ser dextrógiras o levógiras. La hélice más frecuentemente encontrada en las proteínas es la α-hélice. La hélice se mantiene gracias a puentes de hidrógeno.

α-hélice

ESTRUCTURAS LAMINARES (o láminas β)   

Es el segundo tipo más común de las proteínas. Las distintas cadenas se mantienen unidas por puentes de H. Existen láminas antiparalelas y paralelas.

ESTRUCTURAS ALEATORIAS  

Son cualquier estructura que no corresponda a hélices ni láminas. Solo presente en proteínas globulares proporcionando los cambios direccionales o bucles o giros.

ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS O MOTIVOS  

Son combinaciones de estructuras secundarias. Forman parte de los dominios de una proteína globular.

Ejemplos de proteínas con estructura secundaria: proteinas fibrosas

Queratina  

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Proteína fibrosa de alta resistencia presente en todos los vertebrados. Existen 2 tipos: 1. α-Queratinas.- Pte en mamíferos (epidermis, cabello, lana, cuernos, uñas) 2. β-Queratinas.- Pte en peces y reptiles. Son ricas en Cisteína los cuales forman puentes S-S intercatenarios lo que le da resistencia. Las queratinas duras (cuernos, uñas) tienen mayor cantidad de S-S que las blandas.

Ejemplo de α-Queratina: el cabello humano 

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Organización jerárquica del cabello

La resistencia del cabello se debe a los numerosos puentes S-S que unen las 2 α-hélices y a los puentes de H. El rizado se debe a la posición de los puentes S-S el cual está determinado genéticamente. El cabello mojado es más debil debido a que las moléculas de agua compiten por los puentes de H.

Ondulado permanente del cabello.

Colágeno     

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Es una familia de proteínas fibrosas que forman fibras insolubles de alta resistencia. Es la proteína más abundante de los vertebrados. Forma parte de la matriz extracelular(tejido conectivo intersticial). Presente en todos los tejidos y órganos dando forma y consistencia. Abunda en tejidos conectivos de hueso, cartílagos, piel, tendones, ligamentos , vasos sanguíneos y córnea. La disposición de las fibras de colágeno depende del tejido y la función que realizan. P.ej. en los tendones están organizados paralelamente, en la piel forman una red entrecruzada de varias capas que aumenta con la edad (a eso se debe la dureza de las carnes viejas). La composición de AA varía con el tipo y especie animal, pero la mayoría contiene Gli, Ala, Pro, OH-Pro e OH-Lis. Es bajo en Tir y nulo en Trp (baja calidad). En algunos tipos la Cis está ausente. Son glicoproteínas. El contenido de CH varía según el tipo (0.4 a 12%). Contiene alisina (un AA derivado) que forma enlaces covalentes cruzados entre las superhélices adyacentes.

Estructura del colágeno 

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El tropocolágeno es la unidad estructural básica del colágeno. Consta de 3 cadenas levógiras formando una superhélice (cable de triple hélice) dextrógira. Tiene un PM de 285 kD, un diámetro de 14 A y una longitud de 3000 A. Las cadenas se denominan α, β y γ que se mantienen unidas por puentes de H. En el agua los puentes de H del colágeno compiten con las moléculas de agua formando gelatina (se deshace el cable de triple hélice). Organización estructural del colágeno

Tipos de colágeno   

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Hasta la fecha se han caracterizado hasta 19 tipos de colágeno. Los diferentes tipos se encuentran en distintas localizaciones del cuerpo. Los distintos tipos pueden ser agrupados en: 1. Formadores de fibrillas (tipos I, II, III, V y XI) 2. Formadores de redes (tipos IV, VIII y X) 3. Asociados con superficies fibrilares (tipos IX, XII y XIV) 4. Asociados con proteínas transmembrana (tipos XIII y XVII). 5. Formadores de endotastina (tipos XV y XVIII) 6. Formadores de filamentos periódicos (tipo VI) El tipo I es el más abundante en mamíferos, principal componente del tejido conectivo. Contiene 33 % de Gli, 13% Pro, 9% de OH-Pro.

Enfermedades relacionadas con el colágeno

Latirismo.- Hay una reducción de los enlaces cruzados produciendo anormalidad de huesos, articulaciones y vasos sanguíneos.  Síndrome de Marfan.- Hay osteogénesis imperfecta (huesos largos y frágiles). Paganini.  Síndrome de Ehlers-Danlos.- Hay hiperextensibilidad de articulaciones y piel (hombre goma). 

Elastina 

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Principal proteína encontrada en fibras elásticas localizado en la matriz EC de tejidos conectivos de células musculares lisas, células endoteliales y microvasculares, condrocitos y fibroblastos. Las fibras elásticas permiten expansirse y contraerse a tejidos (semejante al jebe) como pulmones, arterias y ligamentos elásticos. Poseen una estructura enrrollada no ordenada cuyos AA son muy móviles. Rica en AA: Gli, Ala y Val poca OH-Pro y nada de OH-Lis. Contiene AA derivados como la desmosina, isodesmosina y lisinanorleucina. También contiene alisina para formar los enlaces cruzados. Las fibras elásticas contienen microfibrillas los cuales están compuestos de glicoproteínas: fibrilina 1 y fibrilina 2.

Fibroína  

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Principal proteína de la seda y telarañas. Resistente, elástica y flexible. Formada por estructura β-laminar antiparalela. En la seda está ligada a la sericina (proteína gomosa y amorfa encargada de mantener las fibras de fibroína juntas).

Laminina 

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Después del colágeno tipo IV, la laminina es la proteína más abundante en las lámina basales. Otorga resistencia al colágeno por su capacidad de unirse a esta y otras moléculas presentes en la matriz EC. Estructuralmente, es una proteína trimérica formada por 3 cadenas (α, β y γ). Las cadenas se mantienen unidad por puentes S-S formando una superhélice. Sólo la cadena α tiene una extensión en el extremo C-terminal que le permite a otros componentes de la matriz EC (colágeno, lípidos sulfatados y proteoglicanos).

Actina y miosina: proteínas musculares  

Las células musculares contienen muchas miofibrillas paralelas de 1 mm de diámetro. El sarcómero es la unidad funcional de la fibra muscular. Se repite cada 2.3 mm a lo largo del eje fibrilar en el músculo relajado.

Corte Sección longitudinal de la miofibrilla del músculo esquelético mostrando un sacómero: (A) M/E y (B) esquema transversal de la M/E.

Una banda A oscura y una banda I clara alternan regularmente. La región central de la banda A, denominada zona H, es menos densa que el resto de la banda. La banda I es bisectado por la muy densa y delgada línea Z.

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El corte transversal de una miofibrilla muscular revela que el sarcómero está formado por 2 tipos de proteínas filamentosas interactuantes: 1. Los filamentos gruesos tienen un diámetro ~ 15 nm y consisten principalmente de miosina. 2. Los filamentos delgados tienen un diámetro ~ 9 nm y constande actina y el complejo tropomiosina y troponina. La contracción muscular se logra mediante el deslizamiento de los filamentos delgados a lo largo de los filamentos gruesos, conducido por la hidrólisis de ATP. El complejo tropomisina y troponina regula el deslizamiento en respuesta a los impulsos nerviosos. En el músculo en reposo la tropomiosina bloquea la íntima interacción entre la miosina y la actina. Un impulso nervioso lleva a un incremento en la concentración de Ca++ dentro del miocito. Un componente del compleo troponina es sensible al incremento del calcio, en respuesta, releva la inhibición de las interacciones miosina-actina por tropomiosina.

Movimiento de la miosina a lo largo de la actina.

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Una cabeza de miosina (amarillo) en la forma de ADP se une al filamento actina. El cambio de ADP por ATP da como resultado: • La liberación de la miosina de la actina (1) y reorientación de la palanca del brazo de la miosina (2). • La Hidrólisis del ATP (3) permite que la cabeza de la miosina se vuelva a unir en un sitio desplazado a lo largo del filamento de actina (4). • La liberación de Pi (5) acompañante de esta unión aumenta la fuerza de interacción entre la miosina y actina y vuelve la orientación del brazo palanca.

Estructura de la ACTINA

Estructura de la MIOSINA

Movimiento de kinesinas a lo largo de los microtúbulos

Microtubule Structure.