Conceptos importantes de Bioquímica 1r cuadrimestre

CONCEPTOS IMPORTANTES DE BIOQUÍMICA

• La composición del medio extracelular y del medio intracelular son diferentes. • Existe un equilibrio diferente entre los dos medios. la mayor parte de la

energía se invierte en mantener este equilibrio. • Las células están acostumbradas a habitar en medios salados (NaCl)

Importante: como reacción redox.

La glucosa es la base estructural de los principales disacáridos y polisacáridos: sacarosa, lactosa, glucógeno, celulosa, almidón…

A partir de los Aa se sintetizan prot, hormonas peptídicas…

A partir de los nucleótidos se sintetizan ácidos nucleicos, ATP, coenzimas, neurotransmisores,… A partir de los ácidos grasos se sintetizan lípidos de membrana, grasas…

1r Cuadrimestre de Química. 05.11.06

1 de 47Per: Rubèn Baltà i Arandes

• Las biomoléculas tienen una arquitectura tridimensional característica, que se mantiene por interacciones químicas débiles. La estructura de las macromoléculas determina su función.

CONSTANTE DE EQUILIBRIO.

Fórmula para hallar el LA Keq = IONIZACIÓN DEL AGUA

Donde encontramos la constante de equilibrio del agua. También podemos conocer que:

CONSTANTE DE DISOCIACIÓN DE UN ÁCIDO Aquí sería necesario citar que:

• Ka = es constante y como + grande sea el valor + fuerte es el ácido.

• pKa = representa la fuerza que tiene el ácido por el propón/es.

• Si pKa tiene un valor bajo, significa que el ácido es muy fuerte.

• En conclusión: los ácidos fuertes tiene valores altos de Ka, y por tanto tienen valores bajos de pKa.

• El pH del medio influye sobre el estado iónico de un ácido y viceversa. (si hay pocos protones, el ácido se disociará +)

Ecuación de Henderson – Hasselbalch


CURVA DE NEUTRALIZACIÓN DE UN ÁCIDO DÉBIL Cuando el pH es superior al pKa, predomina la base. En las zonas normales el pH va subiendo a medida que le añadimos una base como puede ser NaOH, en cambio en la zona tamponante no. Tampón: disolución que se resiste a cambiar de pH. Ácido débil + su base conjugada. Cuando hay capacidad tamponante, las concentraciones de las sustancias ha de ser proporcionalmente igual. Las soluciones amortiguadoras o tamponantes amortiguan los cambios de pH producidos por la adición de un ácido o de una base.

Para que un ácido débil presente capacidad tamponante, el pH = pKa ± 1 De los factores que depende para hacer de tampón: proximidad entre pH y pKa y de las concentraciones (global). PRINCIPALES TAMPONES INTRA- Y EXTRACELULARES Intracelulares: fosfatos y proteínas. Extracelulares: sistema CO2/HCO3 y prot. Ejemplos de proteínas.


SISTEMA CO2/HCO3

Gracias a la existencia de la Anhidrasa Carbónica este sistema funciona de manera excelente en nuestro organismo ya que, esta enzima acelera muchísimo un proceso que naturalmente es muy lento. La Anhidrasa Carbónica funciona como catalizador. El sistema CO2/HCO3 tiene capacidad tamponante en el medio extracelular porque es un sistema abierto y regulado.

Es importante mantener esta proporción porque si por cualquier cosa, en el organismo hubiera una deficiencia de bicarbonato, empezaría una acidificación de la sangre que podría llevarnos a un estado muy grave. Por este motivo es importante mantener esta proporción en la que: necesitamos 20 veces más HCO3 que de CO2.

BIOENERGÉTICA

Consumimos alimentos los cuales después transformamos en energía. Nuestra principal fuente de energía son las grasas, seguidamente el alcohol (aporta más energía) y finalmente las proteínas y glúcidos. VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. Todo proceso espontáneo transcurre con pérdida de energía libre (ΔG < 0) Sabemos que la energía libre de un compuesto es: GAº es la energía libre de A en condiciones estándar: 1M, 25ºC, i atm. Es una constante) Cuando [C][D] = [A][B] = 1 ΔG = ΔGº


La energía libre se mide en unidades de energía; como variable intensiva se mide en kJ/mol. ΔG representa la máx. cantidad de trabajo útil que puede proporcionar la reacción en las condiciones concretas en que tiene lugar. Cuando más tendencia a reaccionar + energía tiene para reaccionar (ΔG) más inestable = más energía libre. ΔG = ΔGº en condiciones estándar (concentraciones = 1M, 25 ºC, i 1 atm) En equilibrio ΔG = 0,

La tendencia a reaccionar en condiciones estándar depende de la inestabilidad intrínseca (de los productos y reactivos). Tabla resumen.

El criterio de espontaneidad es ΔG y no ΔGº Ejemplo:

Podemos observar que ΔG y ΔGº, son magnitudes aditivas. Hay procesos que ΔGº son positivas y se producen espontáneamente. LOS PROCESOS EN PRINCIPIO ENDERGÓNICOS PUEDEN OCURRIR ESPONTÁNEAMENTE SI:

1. Se aporta suficiente energía del entorno: en el caso de la fotosíntesis, la energía proviene de la luz solar que influye en la planta y proporciona gran cantidad de energía para poder realizar de esta manera la reacción espontáneamente.

2. Se eliminan los productos de la reacción. Si disminuimos los productos, la reacción dará ΔG<0, aunque ΔGº sea >0.

Representa la diferencia de reactividad y energía libre entre los productos y reactivos.

En condiciones estándar es espontánea


3. Se acoplan con un proceso lo suficientemente exergónico. Siempre podremos

producir de forma espontánea, ya que si: Entonces resultará que la ΔGº < 0. Ya que la ΔGº2 es mucho menor que la primera. PAPEL DEL ATP EN LAS TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA Podemos marcar como importante el concepto: como + hidratación + estabilidad. El H2O estará a su alrededor y entonces estarán hidratadas. Ejemplos de procesos que requieren energía: biosíntesis, contracción muscular, bombas iónicas… HIDRÓLISIS DEL ATP Principales propiedades de la deshidratación del ATP y motivos por los cuales resulta beneficiosa (energéticamente) la hidrólisis del ATP. La ΔGº’ es tan negativa (-30,5 kJ/mol) por:

• Menor repulsión de cargas en el ADP que en el ATP. • Desprotonación del ADP formado • Mayor hidratación (y, por lo tanto, estabilización) de los productos. • Mayor estabilidad de los productos (por mayor número de formas de

resonancia). Un compuesto es + estable como más formas de resonancia presente. (formas de resonancia: formas de una molec, distintas pero indistinguibles). Será mas estable ya que el número de formas del ADP + Pi es mayor que ATP. Al pasar de ATP ADP + Pi se libera energía, que después será utilizada.

El ATP + H2O presenta una tendencia a inestabilidad química mucho más grande que el de ADP + Pi


TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA Y GRUPOS FOSFORILO El ATP proporciona energía a otros procesos mediante la transferencia de grupos fosforilo, pirofosforilo o adenililo.

Ejemplo: En la reacción catalizada por la glutamina sintetasa el ATP proporciona la energía necesaria para la formación de un enlace amida cediendo un grupo fosforilo para la formación transitoria de un glutamil-fosfato intermediario.

HIDRÓLISIS PIROFOSFORÍLICA DEL ATP (mediante esta reacción también se aporta energía)

Se libera energía.

Formar este enlace cuesta energía.

Esta reacción es muy endergónica


Tiene lugar espontáneamente.

Ejemplo: papel en la activación de ácidos grasos por el enzima acil-CoA sintetasa. Todos los ácidos grasos se han de activar mediante CoA – SH (el cual forma un enlace tipo tioester con estos) sin este los ácidos grasos no podrían entrar en ninguna reacción del metabolismo. El proceso de formación de acil-CoA tiene dos componentes:

1. Aporte de energía. 2. Nos proporciona energía 3. Total de energía.

Es decir con un beneficio de 32,5 kJ/mol. La hidrólisis irreversible del pirofosfato dirige termodinámicamente los procesos acoplados a la hidrólisis pirofosforílica del ATP. La mitad de energía se despilfarra para crear el enlace tioester. Por qué la evolución ha seleccionada este proceso? Para que las reacciones resulten rentables, el precio que se tiene que pagar es que éstas no den el 100% de rendimiento, es decir, que no den el 100% de ganancias netas.


OTROS COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA LIBRE DE HIDRÓLISIS

• Acil fosfatos.

• Enol fosfatos (gran cantidad de energía) -- se estabilizan por resonancia -- • Fosfoguanidinas

Fosfocreatina: principal forma de almacenamiento de energía de grupo fosforilo (ATP) en el tejido muscular. P-Gr + ADP Creatina + ATP

Enlace anhídrido

Enlace tipo ester.

Se ioniza

Fosfo-enol-piruvato

Cuando se estabilizan por resonancia generan mucha energía

Grupo guanidina


Cuando entramos en ejercicio baja mucho el ATP (proporcionar energía) y aumenta el ADP, la reacción se desplaza hacia la izquierda: se usa la fosfocreatina para reemplazar el ATP utilizado en el procesa.

• Tioesteres

Compuestos por un ácido y un S-CoA (o algo semejante) grupo tiol.

OTROS CONCEPTOS A TENER EN CUENTA ATP + NDP == ADP + NTP ΔGº = 0 (Todos los nucleótidos trifosfato van a más o menos equivalentes) ADP + ADP == ATP + AMP Carga energética celular: la suma de las concentraciones de ([ATP] + [½ADP])/([ATP] + [ADP] + [AMP])

Adenilato quinasa (enzima). Por ejemplo: en el ejercicio muscular para reponer el ATP y producir el AMP. También para controlar el nivel de glucosa en sangre.

Está entre 0 -1. Cuando baja acelera la oxidación, cuando sube la reduce.


TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA Y DE GRUPOS FOSFORILO. Alta energía libre.

• Anhídridos • Tioésteres • Fosfoguanidinas

(fosfocreatina) • Enolfosfatos

(fosfoenolpiruvato) Baja energía libre

• Ésteres

ESTRUCTURAS Y FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Las proteínas son las biomoléculas encargadas de la mayor parte de las funciones biológicas. Ejemplos: Las proteínas son biopolímeros formados por la unión de 20 α-aminoácidos que forman cadenas lineales (polipeptídicas). Prot. Oligoméricas varias unidades. En las prot., la estructura determina la función biológica.

Su hidrólisis libera mucha energía

Su hidrólisis libera muy poca energía

Tiene suficiente energía para ceder P para el glicerol y la glucosa.

Tiene baja energía y puede recibir P.


Muchas proteínas contienen grupos no peptídicos prot. Conjugadas. Grupo prostético: grupo química unido a la proteína (este grupo no es peptídico, es decir, no es de naturaleza peptídica). normalmente se unen con una unión fuerte.

LAS PROTEÍNAS ESTÁN FORMADAS POR RESIDUOS DE AMINOÁCIDOS

Poseen carbones asimétricos saturadas las 4 valencias. Los aminoácidos son moléculas quirales (poseen carbones asimétricos) (Formas quirales: siempre aparecen 2 formas (reflejadas) nunca iguales isómeros ópticos).

Los enzimas son específicos y tiene unos receptores capaces de detectar entre L y D. Los estereoisómeros (=enantiómeros) de los aminoácidos proteinógenos son formas L. La probabilidad de que se nos forme en la naturaleza del organismo D, es mucho menor, que la que se nos forme L. CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS SEGÚN LAS CARACTERÍSTICAS DE LA CADENA LATERAL Todos son solubles en H2O son polares tienen grupos polares (amino y carboxilo) Apolar: no interacciona o lo hace de manera muy débil con el H2O La cadena puede tener carácter apolar puede ser inmiscible: no mezclables. Cuando el Aspartato y el Glutamato están protonados ácido aspártico y ácido glutámico.

Grupo imidazol.

Grupo indol Grupo tiol.


AMINOÁCIDOS MODIFICADOS QUE FORMAN PARTE DE LAS PROTEÍNAS Se construye la prot. Y ha sufrido algún cambio químico. Por ejemplo:

Formación de puentes disulfuro entre cisteínas.

Ejemplos de aminoácidos no proteinógenos (son de tipo no proteico)

Puente disulfuro

Se ha creado después de haberse creado la cisteína.

Proviene del ácido glutámico el cual ha perdido el grupo carboxilo. (COO¯) Es el principal neurotransmisor inhibidor.

Nota: el glutamato es un neurotransmisor excitante.


PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS Los aminoácidos tienen dos o más grupos disociables. Amino: NH3 NH2 Carboxilo: COOH COO¯ La forma iónica predominante de los aminoácidos depende del pH. Ejemplo de disociación.

CURVA DE NEUTRALIZACIÓN DE UN AMINOÁCIDO MONOAMINOCARBOXILO pH isoeléctrico (pI): pH en el que el aminoácido presenta carga neta igual a cero. Es decir, casi todas las molec están en la forma a, y además, las concentraciones productos=reactivos. En el pI, predomina la forma ión bipolar y lo poco que haya de los otros estará igualado en concentraciones. Para calcular el pI: pI= (pKaCOOH + pKaNH3)/2 pI de un ácido= (pKaCOOH + pKr)/2 pI de una base= (pKaNH3 + pKr)/2 Cuando pH<pI, la carga neta del aminoácido es positiva. (yo lo hago pI – pH, y el signo que da es positivo). Cuando pH>pI, la carga neta del aminoácido es negativa (yo lo hago pI – pH, y el signo que da es negativo)

Ión dipolar

Primer pKa. Pierde el H del grupo carboxilo

Segundo pKa. Pierde el H del grupo amino.


CURVA DE NEUTRALIZACIÓN DE UN AMINOÁCIDO MONOAMINODICARBOXILO (tienen 3 pKa) En este caso hay que tener en cuenta los dos equilibrios en los que participa el ión bipolar, es decir, los correspondientes a los dos grupos carboxilo (α-carboxilo y el de la cadena lateral). pI de un ácido= (pKaCOOH + pKr)/2 Tener en cuenta donde hay grupos carboxilos (desprotonamiento). En el punto isoeléctrico las cargas no se mueven. (no tiene cargas) Para separar podemos ponerlos en un medio pH=4,5 (utilizando método de electroforesis, así el glutamato irá hacia el ánodo (+), ya que será negativo) Ánodo: carga pasivita (+) Cátodo: carga negativa (-) CURVA DE NEUTRALIZACIÓN DE UN AMINOÁCIDO DIAMINOMONOCARBOXÍLICO Se utiliza los pKa de los grupos de alrededor del ión bipolar. pI de una base= (pKaNH3 + pKr)/2

COMO MÁS AFINIDAD MÁS PKA En algunas proteínas el pKa puede subir, todo depende del medio y de la conformación nativa de la proteína. α-carboxilo: normalmente del orden de pKa=2 α-amino: pKa=9 El grupo carboxilo de las cadenas laterales: pKa=4 Grupos amino de las cadenas laterales (guanidinas): pKa=11-12 Cadena lateral de histidina: pKa=6


REACCIONES DEL GRUPO CARBOXILO

Nota: tener en cuenta que reacciones como la última sirven para determinar la concentración del ácido: (para medirlo tenemos que realizar una recta patrón que contenga un blanco) Si colocamos tubitos con reactivo, tenemos que poner uno en el que el reactivo esté solo para tener un blanco. REACCIONES DEL GRUPO AMINO

La cant. de luz absorbida es directamente proporcional a la cant. de ácido añadido. Para dar esta proporcionalidad, tenemos que garantizar un 100% de la reacción, es decir, tenemos que hacer que el ácido sea el limitante y lo conseguimos añadiendo en exceso Ninhidrina. FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

Peptidasas: hidrolizan los péptidos.

Se forma un doble enlace entre N y C (muy fuerte)

Grupo carbamino


Hidrólisis química para romper enlaces

NOMENCLATURA DE LOS PÉPTIDOS

HIDRÓLISIS ESPECÍFICA DE ENLACES PEPTÍDICOS La tripsina, quimotripsina y pepsina, son enzimas que hidrolizan péptidos. Salen del páncreas como proteínas inactivas: para activarse hay proteasas que rompen un trozo de su cadena peptídico. activación por proteolisis parcial Las propiedades ácido-base de los péptidos y proteínas dependen de las características de los grupos disociables presentes en su secuencia. SECUENCIACIÓN DE UN POLIPÉPTIDO USANDO LA REACCIÓN DE EDMAN

Este actúa como la morfina (inhibidor del dolor)

Cada proceso se hace en una nueva porción de la solución inicial. Este proceso es eficaz en péptidos pequeños, es decir, uno de grande también lo podemos cortar y hacer más pequeño.

Identificamos el amino-terminal al que se ha unido. (puede haber más de una cadena polipeptídica) (nos da la idea de si es un monómero o un oligómero.

El resto de la cadena queda intacta. Se vuelve a repetir el ciclo para ver + Aa.

Solo se rompe el enlace del primer Aa unido al reactivo.


MERCAPTOETANOL: sirve para romper puentes disulfuro (S-S) ETAPAS EN LA SECUENCIACIÓN DE UNA PROTEÍNA Separación de las cadenas polipeptídicas (si es una proteína oligomérica) Para cadena polipeptídica:

1. Determinación de la composición en aminoácidos 2. Determinación del aminoácido amino-terminal (reacción del DNFB) 3. Ruptura de los puentes disulfuro (si los hay) (puede ser mediante el

mercaptoetanol) 4. Fragmentación de la cadena polipeptídica mediante hidrólisis parcial para

generar polipéptidos más pequeños que, tras su separación, sean secuenciables. Se usan dos procedimientos de fragmentación que proporcionen dos grupos distintos de fragmentos.

5. Secuenciación de cada uno de los fragmentos obtenidos en cada procedimiento. 6. Ordenamientos de las secuencias de los fragmentos y obtención de la secuencia

global por solapamiento de los dos grupos de fragmentos. (quiere decir que mediante la terminación de uno y la continuación del otro los podemos poner uno sobre del otro y vemos cual sigue a cada uno)

Ejemplo de fragmentación y secuenciación del polipéptido.

Del que el análisis precio con DNFB ha revelado que el aminoácido N-terminal es Glu. Tras romper su puente disulfuro:

La misma proteína en distintas especies es una proteína homóloga


EXISTEN OTRAS FORMAS DE CONOCER LA SECUENCIA DE UNA PROTEÍNA


CONFORMACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Proteínas globulares y proteínas fibrosas

Configuración y conformación

Restricciones conformacionales debidas a las características del enlace peptídico.

El enlace peptídicos tiene carácter parcial de doble enlace, de forma que el grupo de átomos del medio, se encuentran siempre en el mismo plano.

Enzimas. Transporte. Solubles en H2O

Función estructural. No solubles en H2O

Modo como se disponen los grupos respecto al C.

Conformación: Distintas formas que puede tener gracias a que puede girar entorno a los enlaces simples. No se rompe ningún enlace.

Los H no se encuentran alternados de igual forma.

Los H se alternan de igual forma.

En parte enlace simple (60%) y enlace doble (40%)

Los únicos que permiten girar entorno a C.


La mayor parte de los enlaces peptídicos se encuentran en configuración Trans (lo que permite la modificación hacia Cis)

PRINCIPALES TIPOS DE ESTRUCTURAS SECUNDARIAS.

HÉLICE α Puente de H: atracción eléctrica entre átomos determinados. Siempre se puede establecer entre átomos electronegativos y un hidrógeno unido a otro átomo electronegativo. La gran importancia de los puentes de H, es que son enlaces débiles, pero cuando hay mucho se establece la relación de cooperatividad: muchos enlaces cooperan para generar una estructura sostenible. La transición entre Hélice α y desordenado sencilla (rápida) cuando se rompen es muy rápido. La estructura se estabiliza por los puentes de H entre los grupos –CO- y –NH- de los enlaces peptídcos de la propia cadena, cada 4 residuos. Las cadenas laterales de los residuos se orientan hacia el exterior. La Hélice se puede deformar por la presencia de prolina (rígida, e incompatible con Hélice α), glicina (demasiado flexible) y por cadenas laterales voluminosas o ionizadas (con cargas iguales se rechazan, con cargas desiguales se atraen), interaccionando entre sí o con los extremos. Nota: cada vuelta se atribuye aprox a 3,6 residuos. Cada Aa formará 2 puentes de H: uno con NH y el otro con CO.

Han cambiado de forma


El enlace peptídico permite formar puentes de H que estabilizan la estructura secundaria de las proteínas. Ejemplo:

• En la peluquería se riza el cabello reduciendo los puentes disulfuro entre cadenas de α-queratina, al tiempo que se deshacen los puentes de H con calor húmero (lo que provoca que cambie totalmente la forma de esas. Al volverse a formar los enlaces no quedarán igual)

• Las queratinas más duras contienen hasta un 18% de cisternas que forman puentes disulfuro.

CONFORMACIÓN β Es la estructura más estirada que puede adoptar una cadena polipeptídica. Los puentes de H se establecen entre cadenas (o entre partes diferentes de una misma cadena) La conformación antiparalela permite una distancia óptima para establecer puentes de hidrógeno. Ejemplo:

Conformación antiparalela Conformación paralela

La fribroína (la prot que forma la seda) es rica en residuos de alanita y glicina que por su pequeño volumen permiten un empaquetamiento muy denso de la conformación β, dándole la resistencia característica. (sigue una conformación antiparalela)


Colágeno (aunque sea una glucoproteína, es una excepción y es insoluble en H2O)

ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE FIBRAS DE COLÁGENO En el interior de los fibroblastos (células que ayudan a formar el colágeno)

1. Formación de las cadenas polipeptídicas 2. Glucosilación (unión a de azúcares). Hidroxilación de Pro y Lis (dan

consistencia y resistencia)

3. Formación de una triple hélice inmadura y secreción al espacio extracelular (se

reducirá y madurará) En el espacio extracelular

4. Hidrólisis de enlaces peptídicos y pérdida de segmentos en los extremos: formación del tropocolágeno.

5. Ensamblamiento de las unidades de tropocolágeno formando haces y formación de enlaces covalentes cruzados entre ellas, dando lugar al colágeno maduro.

El colágeno (prot más abundante del cuerpo humano) forma una hélice α de características especiales, que le dan una gran resistencia a la tensión. La composición global es 33% Gly, 11% Ala, 12% Pro y 10% hidroxiprolina, conteniendo también carbohidratos unidos covalentemente a algunos residuos (es una glucoproteína). Secuencia muy repetitiva. La glicina, por su pequeño volumen, permite una triple hélice muy compacta La orientación de los enlaces peptídicos permite establecer puentes de hidrógeno entre cadenas.

Enlace covalente muy fuerte. (con este enlace ayuda a formarse el colágeno maduro).


Giros β (de la estructura secundaria)

GIRO β (hace posible la interacción con morfina…) EN LA LEU-ENCEFALINA. COMPARACIÓN CON LA ESTRUCTURA DE LA MORFINA.

En los giros β suele haber glicina (o prolina (se acopla bien a los giros β) en configuración Cis)

Se está formando un giro β

Sostenido mediante puentes de H

Estos grupos (en verde), se pueden mover siempre que no haya puentes de H

En cambio, aquí son grupos fijos


ESTRUCTURA TERCIARIA (plegamiento tridimensional de una cadena polipeptídica).

En la conformación de una proteína globular podemos encontrar:

1. Diferentes proporciones de estructuras secundarias

2. Estructuras supersecundarias: combinaciones de motivos de estructuras secundarias.

Nota: Cada proteína tiene una conformación (distinta de todas las otras) aunque podemos encontrar patrones (como proporciones…)

El % que falta puede tener otras formas: vainas, combinadas…

Es necesario saber que la presencia del agua en la reacción de la enzima con un ligante, estorba ya que es polar y corta la prot.


En los enzimas: • Catalizadores de la insulina • Tienen un dominio extracelular que capta la insulina y varia un poco su propia

estructura. Al cambiar estructura enciende su función • El dominio intracelular en el centro de la actividad enzimática.

3. Dominios: regiones semiindependientes con geometría globular y

estructura terciaria definida.

Lo más importante es que cada dominio conservará su función aunque sean separados mediante proteasas. Son dominios funcionales: dominios que cada uno tiene su propia función (pueden o no tener) Cada dominio forma como una

pequeña proteína (con estructura terciaria), ya que si cortamos por las uniones, estos dominios continuarán con la misma estructura. En algún caso pueden coincidir dominios con hexones. Ejemplos de patrones de plegamiento (comunes)

1. Plegamiento α/β

CONCEPTO CLAVE: la función que ejercen las proteínas globulares es: se unen a un ligante de forma reversible, cambian un poco su estructura se activa su función y después el ligante se suelta y vuelve a estar como antes. (la función depende de la estructura)


2. Plegamiento todo β

3. Plegamiento todo α

Estructura terciaria de dos hemoproteínas monoméricas

Estructura muy compacta. Tiene 8 segmentos en hélice α (A-H). El 80% de los aminoácidos se halla en dichos segmentos. Cuatro Pro en los codos. El hierro del hemo está en forma de ácido ferroso(+2). Sus dos enlaces están unidos a His y a O2. El grupo hemo está en una hendidura hidrofóbica. Su pérdida no afectaría a la estructura. Es una proteína del músculo esquelético y cardíaco cuya función es unir O2.

Solo el 40% de los aminoácidos se halla en segmentos en hélice α. El resto en giros y en zonas sin estructura secundaria. El hierro del hemo puede estar en forma ferrosa o en férrica. Sus dos enlaces están unidos a His y a Met. Su pérdida implicaría la pérdida de la estructura terciaria. Es una proteína mitocondrial cuya función es transportar electrones en la cadena respiratoria.

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Fuerzas que dirigen y mantienen la estructura terciaria

Los grupos polares interaccionan mucho más que los grupos apolares, es decir, establecen muchas más interacciones con el agua. Los puentes S-S, son los encargados de mantener la estructura. En medio acuoso, los grupos R apolares se orientan hacia el interior, en cambio los grupos polares se orientan hacia el exterior para poder interaccionar con el H2O. Los grupos apolares ordenan las moléculas de agua de su entorno. La tendencia de las moléculas de agua al desorden, empuja a los grupos apolares a agruparse: interacción hidrofóbica o efecto entrópico.

En el caso de una cadena polipeptídica, ésta se ordena (se pliega en una estructura compacta, disminuyendo su entropía), mientras el agua se desordena (aumenta su entropía), de modo que globalmente ΔS > 0 (globalmente se ordena) Al plegarse la cadena, se establecen otras interacciones que estabilizan la estructura:

• Puentes de H • Enlaces iónicos (carboxilo terminal o del R y amino Terminal o del R) • Puentes disulfuro (entre cisternas enlaces covalentes) • Interacciones de Van der Waals (establecer momentáneamente puentes de

atracción mediante dipoles)

Efecto entrópico o interacción hidrofóbica.

-ΔS

+ΔS

Nota: Una proteína pequeña necesitará más puentes S-S para mantener la estructura, ya que no tendrá tanta cantidad de los otros puentes. Ejemplo: Una proteína grande tiene muchos enlaces de todo tipo, no necesitará tener tanto puente S-S como una proteína pequeña ya que, la grande ya poseerá puente de H, que al actuar en cooperatividad, proporcionan una estructura muy fuerte. En cambio, la pequeña, no tendrá tantos puentes H, y éstos no podrán cooperar tan bien como lo harían si fueran más. Nota: Las proteínas que estén fuera de la célula tienden a tener más puentes S-S ya que, sufren más ataques para ser desnaturalizadas.

Las moléculas de agua empujan a los grupos apolares hacia un rincón. Grupos apolares interaccionan entre ellos (interacción hidrofóbica o efecto entrópico). En cambio las moléculas de H2O se desordenan.


Desnaturalización de las proteínas Pérdida de la estructura de una prot e implica la pérdida de su función. Ejemplos de agentes desnaturalizantes:

• Calor (provoca una aumento de la Ec, lo que conlleva a un aumento de velocidad, que si sobrepasa unos límites provoca el rompimiento)

• Extremos de pH (Hace aumentar el nº de protones todo se trotona los enlaces iónicos desaparecen)

• Agentes caotrópicos (Ejemplo: urea) (Interfieren en los enlaces de los puentes de H de la estructura)

• Detergentes (Son amfipáticos, una parte interacciona con el H2O y la otra parte forma enlaces con la molec haciendo que una molec no soluble sea soluble. Ej: jabón)

Los agentes desnaturalizantes no rompen enlaces covalentes de la cadena polipeptídica. Los disolventes orgánicos, la urea y los detergentes actúan principalmente rompiendo las interacciones hidrofóbicas que forman el núcleo estable de las proteínas globulares. Los extremos de pH alteran la carga neta de la proteína, dando lugar a la aparición de repulsiones electrostáticas y a la destrucción de algunos enlaces de hidrógeno.

Permiten interferir en la estructura formando puentes de H.

SDS: causa desnaturalización. Los detergentes al unirse con las prot abren la prot y los grupos que sean apolares interaccionarán con la parte apolar del detergente y así podrán ser solubles.


Determinación de la estructura por la secuencia. Desnaturalización reversible de la ribonucleasa.

Algunas proteínas pueden recuperar su estructura nativa y su actividad biológica si son devueltas a condiciones en las que la conformación nativa es estable, lo cual se denomina renaturalización.

Toda la info necesaria para la conformación nativa de una cadena polipeptídica está contenida en la secuencia de aminoácidos. Cambios conservadores (aún sustituyendo algunos aminoácidos en la cadena peptídico, la estructura se mantiene) y no conservadores de la secuencia (si sustituimos algún aminoácido de los principales, la estructura se ve fuertemente

afectada.) La estructura tridimensional depende de sus Aa y está determinada genéticamente.

Existen prot que no rehacen su estructura nativa, aunque se mantenga el DNA. Son modificaciones en el DNA mutaciones o cambios conservadores no producen cambios en la conformación.

Nota: las interacciones por uniones débiles sin necesarias para el posicionamiento correcto de los enlaces disulfuro y la adopción de la conformación nativa.


Cinética y rutas de plegamiento El plegamiento no ocurre por la búsqueda al azar de la conformación nativa. El plegamiento puede ser secuencial (a partir del primer pliegue se vayan plegando los demás) El plegamiento es un proceso cooperativo. Tienden a la máx estabilidad. (puede haber algún caso que la conformación nativa no sea la más estable)

Ejemplo de plegamiento secuencial

Concepto: Glóbulo fundido: es el nombre otorgado a un estado colapsado donde se ha producido un colapso hidrofóbico donde intervienen interacciones hidrofóbicas entre residuos apolares.

El proceso de plegamiento se puede ver, termodinámicamente, como una especie de embudo de energía libre. Los estados no plegados se caracterizan por un elevado grado de entropía conformacional (mucho desorden) y una energía libre relativamente elevada. A medida que el plegamiento avanza, el estrechamiento del embudo representa una disminución en el número de especies conformacionales presentes. Las pequeñas depresiones a lo largo de las caras del embudo de energía libre representan intermediarios semiestables que pueden aminorar momentáneamente el ritmo del proceso de plegamiento. El conjunto de intermediarios del plegamiento se reduce, en el fondo del embudo, a una única conformación nativa (o una dentro de un pequeño conjunto de conformaciones nativas). [ En la parte superior, el número de conformaciones y, por tanto, la entropía conformacional, es grande. Sólo está presente una pequeña fracción de las interacciones intramoleculares que existirán en la conformación nativa. A medida que el plegamiento avanza, la ruta termodinámica hacia el interior del embudo reduce el número de estados presentes (disminuye la entropía), aumenta la cantidad de proteína en la conformación nativa y disminuye la energía libre. Los escalones en los laterales del embudo representan intermediarios de plegamiento semiestables, los cuales, en algunos casos, pueden hacer que el progreso de plegamiento sea más lento.]


Algunas proteínas participan en el proceso de plegamiento

1. DnaJ se une a la proteína desplegada o parcialmente plegada y después a DnaK. 2. DnaJ induce la hidrólisis de ATP por DnaK. DnaK-ADP se une firmemente a la

proteína desplegada. 3. El intercambiador de nucleótidos GrpE induce la liberación de ADP en

bacterias. 4. El ATP se une a DnaK y la proteína se disocia.

Nota: Las chaperonas DnaK y DnaJ de E.Coli son homólogas de HSP70 y Hsp40 (incluidas en la familia de Hsp70) de eucariotas.


Las proteínas chaperona pueden favorecer el proceso de plegamiento de las

proteínas. Las células contienen proteínas que favorecen el proceso de plegamiento. Estas proteínas incluyen:

Las Cis-trans prolil isomerasas (permiten la transición de trans a cis.):

incrementan la velocidad del plegamiento catalizando la ínter conversión de enlaces peptídicos en cis y trans de los residuos de prolina. Esto permite que el enlace peptídico de cada prolina adopte la conformación concreta, de acuerdo con los requerimientos de la estructura nativa plegada.

Las disulfuro isomerasas (hacen fácil el proceso de formación de puentes S-S (tmb

corrige). También cataliza la eliminación de los intermediarios de plegamiento): catalizan la rotura y formación de puentes disulfuro de cistina, de modo que los enlaces incorrectos no se estabilizan, mientras que los adecuados para conformación plegada se forman rápidamente.

Las chaperona ((proteínas de choque térmico): hsp70, hsp90, chaperoninas (Gro

EL): tienen algunas zonas con grupos apolares gracias a éstos, reconocen grupos apolares de otras proteínas: evitan que se unan con otras y precipiten): se descubrieron como proteínas de choque térmico (hsp), una familia de prot cuya síntesis aumenta a elevadas temp. Las chaperonas no alteran el resultado final del proceso de plegamiento, pero evitan la agregación de las proteínas antes de la finalización del plegamiento y la formación de intermediarios metaestables no productivos o sin salida. Las chaperonas incrementan la velocidad de plegamiento disminuyendo a la vez el número de rutas de plegamiento no productivas.

Familia hsp70: se unen a regiones ricas en residuos hidrofóbicos de polipéptidos (no plegados) a medida que son sintetizados en los ribosomas, protegiendo las superficies hidrofóbicas que normalmente estarían expuestas al disolvente. Con ello evitan la agregación de la proteína antes de que la síntesis haya finalizado y pueda producirse el plegamiento. Algunas no puede finalizar el proceso de plegamiento mediante la ayuda de las chaperonas hsp70, entonces intervienen las hsp60

Hsp60: también denominadas chaperoninas. Las chaperoninas forman largas estructuras cuaternarias cilíndricas compuestas por múltiples subunidades, en cuya cavidad hidrofóbica se unen las proteínas en estado de glóbulo fundido. Las chaperoninas poseen actividad ATPasa e hidrolizan ATP a medida que facilitan el plegamiento Las chaperonas también son necesarias para el plegamiento de las proteínas después de que éstas hayan atravesado la membrana celular. Choque térmico: retrasan el efecto térmico del calor a las proteínas que produce desnaturalización. Las chaperonas cubren provisionalmente los grupos apolares para que no se junten con otros. (los cubren por interacción hidrofóbica)


ESTRUCTURA CUATERNARIA

Disposición espacial de las subunidades de una proteína oligomérica

Las subunidades se une por interacciones débiles: hidrofóbicas, puentes de H, pares iónicos…

ESTRUCTURA DE LAS INMUNOGLOBULINAS

La inmunoglobulina G (IgG) es la principal clase de molécula de anticuerpo y una de las proteínas más abundantes en el suero sanguíneo. Tiene cuatro cadenas polipeptídicas: dos cadenas largas, llamadas cadenas

pesadas, y dos cadenas ligeras, unidas por enlaces no covalentes y puentes S-S en un complejo de Mr 150.000. Las cadenas pesadas de una moléculas de IgG interaccionan en un extremo y luego se abren para interaccionas por separado con las cadenas ligeras, formando una molécula en forma de Y. En las “bisagras” que separan la base de la IgG de sus ramas, la inmunoglobulina puede ser cortada por proteasas. La rotura da lugar a Fab y Fc.

Grupo hemo

En esta imagen se puede observar como hay 4 subunidades y que las cuatro están unidas. Es necesario especificar que las subunidades no están en contacto con otra que sea igual (mirar distinción de colores)

Ejemplo de clase: Tenemos dos proteínas: un monómero formado por A, y un dímero formado por B+B. Sabemos que A tiene los mismo aminoácidos que B, pero con una estructura diferente código genético dif). Qué proteína presentará una % más elevado de cadenas apolares? Tendrá un % superior de cadenas apolares el dímero ya que, al ser dos proteínas unidas mediante una interfase, en esta interfase habrá algunas cadenas apolares que no podrán formar una interacción hidrofóbica con otra y quedarán al descubierto. El núm sobrante de cadenas laterales apolares que no formen interacción hidrofóbica será el que hará aumentar el porcentaje.

Secuencias variables y ligeras: responsables de interaccionar con el antígeno. Ejercen su función uniendo ligandos

Secuencias invariable y rígida.


RELACIÓN ESTRUCTURA-FUNCIÓN Mioblogina y hemoblogina

Las estructuras terciarias de la mioglobina y de las cadenas de la hemoglobina son similares. Solo hay siete posiciones en las cadenas que la posición del Aa no puede cambiar ya que si cambia no hay función.

Oxihemoglobina: es la hemoblogina unida al O2. La transporta des de los pulmones hasta los tejidos.

Desoxihemoglobina: Encargada de transportar los equivalentes ácidos y una cantidad de CO2, des de los tejidos a los pulmones. (para su eliminación)

La mioglobina: ideal para el almacenaje de oxígeno. (es insensible a pequeños cambios en la concentración de oxígeno) La hemoglobina: ideal para el transporte de O2 ya que es muy sensible a los pequeños cambio de concentración de oxígeno. Así pues tiene la capacidad de “de tener” dos conformaciones. R más afín por el O2 y T menos afín. La mioglobina o cualquier otra prot que uniera O2 siguiendo una curva hiperbólica estaría poco preparada para el correcto transporte de O2. O tendría demasiada afinidad y al llegar a los tejidos no dejaría nada o tendría muy poca afinidad y en los pulmones no cogería nada.


En la estructura de la mioglobina o de las cadenas de la hemoglobina encontramos 8 segmentos en hélice α, llamados A – H. El grupo hemo se halla en una hendidura hidrofóbica.

Dos razones porque el hemo sea insertado en una proteína:

1. Es capaz de aguantar en hierro ferroso gracias a estar unido O2. En un medio acuoso grupo hemo podría oxidar a hierro férrico y entonces perdería su capacidad para unirse al O2.

2. Si el grupo hemo no estuviese dentro de la sección hidrofóbica de la prot podría unirse a gases (ejemplo de gas: NO) y entonces desplazaría al O2. La hemoglobina al no poder unirse al O2 no podría transportar a éste, lo que conllevaría una insuficiencia de oxígeno en los tejidos = asfixia.

Explicación punto 2: El grupo hemo puede unir oxígeno y también monóxido de carbono. El grupo hemo tiene mucha más afinidad por el NO que por el O2 (cuando no está dentro de la región

hidrofóbica de la mioglobina). En cambio, cuando forma parte de la prot, su afinidad por el NO se ve reducida y se puede unir más fácilmente al O2.

Resumen motivos: El ferroso no se oxida a férrico (no pierde capacidad para unirse al O2) y disminuye su afinidad por el NO.

Grupo hemo en una hendidura hidrofóbica

El hierro ferroso es el lugar de unión del oxígeno. Se mantiene en estado ferroso gracias al hecho de estar alejado del agua del entorno.

Si es cambiada la estructura se ve fuertemente afectada Si cambia la

histidina, será gravemente modificado, quizás no esté

Aquí se establece una unión más fuerte con el O2, que en el otro caso. Sigue teniendo una afinidad superior por el NO, pero se ha visto reducida. Ahora posee una afinidad por el O2 superior a la de antes.

Aquí no tiene tanta afinidad por el O2, entonces predominará la afinidad por el NO.


Ligando

Disposición de los principales residuos de la cadena polipeptídica alrededor del grupo hemo. El oxígeno forma un puente de H con la histidina E7 (distal) que facilita su unión.

Interacción de la mioglobina con el oxígeno (proteína ligando)

Si el dióxido de mioglobina tiene una fuerza de unión muy débil tendirá a disociarse.

Cuando toda la mioglobina se una a O2 = saturación.

La Kd representa la fuerza de unión entre la prot y el ligando. Medirá la afinidad de la mioglobina por el O2. Si Kd (hay más Mb y O2 disociados) representa que la afinidad

Cuando la afinidad aumenta (quiere decir que hay más concentración de MbO2) Fracción de saturación: θ (tanto por 1)

Por ejemplo: si vale 0,3, quiere decir que 0,3 moléculas están oxigenadas.

P50: presión que satura el 50% de toda la Mb. Es un valor fijo Es la manera de medir la Kd en un gas.


Hipérbole de saturación (tiene a la saturación) Cuando toda la Mb esté oxigenada, es cuando hay más [O2]

Cuando [MbO2] = [Mb] 50% de saturación. θ = 0,5 [O2]0,5=Kd pO2 = P50 Cuando P50 sea alto, la afinidad será baja (ya que quiere decir que hay una concentración elevada de O2). En cambio, cuando P50 sea baja, querrá decir que hay una concentración baja de O2, es decir, que hay una alta afinidad. La hemoglobina interacciona con el oxígeno de forma diferente a la mioglobina.

El O2 irá de la prot que tenga menos afinidad a la que tenga más. De los eritrocitos al músculo.

Cuando la concentración de O2 es baja y entonces el % bajo. Las primeras moléculas se unen con poca afinidad. Cuando hay más concentración de O2, las moléculas se unen con más afinidad. La hemoglobina presenta cooperatividad positiva en su unión al oxígeno (nH>1 significa cooperatividad positiva) la hemoglobina presenta nH=2,8 Quiere decir:

• La disociación de las primeras moléculas de una hemoglobina muy oxigenada será más difícil = cuando una hemoglobina esté muy poco oxigenada será más fácil su disociación.

La Hemoglobina tiene 4 lugares de unión para el O2. Tiene más afinidad. Es una curva sigmoidea. Existe una cooperatividad en la unión entre la prot y el ligando.


• Lo mismo sería: La unión de la hemoglobina al O2 será más fácil cuando esté más oxigenado (ya que habrá más subunidades de hemoglobina en conformación R) = será más difícil la unión del O2 cuando esté menos oxigenado. (habrá menos subunidades en conf R y más en T y al tenerse que adherir a una conformación T que tiene muy poca afinidad por el O2 será más dificultoso.

Cuando la concentración de O2 es baja, hay muy poca afinidad, en cambio, cuando hay una elevada concentración también hay una superior afinidad. La curva de saturación con oxígeno de la hemoglobina puede explicarse asumiendo la existencia de dos estados de la hemoglobina con diferente afinidad por el O2

Esta gráfica implica la existencia de dos formas: una conformación T que predominará cuando haya menor concentración de O2 (tiene menos afinidad por este), y otra forma, conformación R que predominará cuando haya mucha concentración de O2 (tiene mucha afinidad por éste). La mioglobina se comporta en una mezcla de las dos: cuando alta concentración de oxigenación R, cuando baja concentración de oxigenadas T.

Poca afinidad. Predomina T. Poca afinidad

Mucha concentración. Predomina R. Mucha afinidad

Esta curva sigmoidea, representa la transición de un estado de baja afinidad a un estado de alta afinidad.


ESTADOS CONFORMACIONALES DE LA HEMOGLOBINA

LA

CONFORMACIÓN T La conformación T se caracteriza por la presencia de interacciones iónicas (enlaces entra cargas contrarias) entre grupos próximos a los extremos de las cadenas. Conformación tensa: no tienen libertad de movimiento. Enlaces entre grupos cercanos a N-terminal y grupos carboxilo.

Se puede observar claramente enlaces entre grupos amino y grupos carboxilo en los extremos. También un enlace entre aspartato y glutamato. Entre grupo carboxilo y lisina. Entre aspartato y arginina.

LA CONFORMACIÓN R La conformación R no presenta estos enlaces iónicos lo que le hace una conformación relajada y con una movilidad mucho más amplia. La unión del Oxígeno al grupo hemo promueve la colocación del hierro en el centro del plano del grupo hemo. Este movimiento induce al cambio conformacional en la subunidad que se oxigenó, potencialmente, en las demás subunidades. De este modo la hemoglobina pasa de la conformación T a la R.

Predominante en la desoximioglobina. Poca afinidad por el O2

Predominante en la oximioglobina. Mucha afinidad por el O2

Dos estructuras cuaternarias diferentes


MODELOS DE COOPERATIVIDAD Modelo simétrico

La unión del ligando puede inducir un cambio de conformación en una subunidad individual. Un cambio conformacional en una subunidad provoca un cambio similar en la subunidad adyacente y también hace más probable la unión del ligando.

Aquí se unirá el O2

La unión del O2 promueve el cambio de conformación. Al moverse el Hierro ferroso, arrastra consigo la histidina, que ella al estar unida al resto de la cadena polipeptídica = modificación de la conformación. Todo esto promueve el cambio de conformación (no siempre que se una un O2 se cambia la conformación: existen R sin O2 y existen T con O2).


Ventajas de la cooperatividad para el transporte de O2, por la hemoglobina. Lo más importante es la cantidad de O2 que se lleva de los pulmones a los tejidos, es decir, la cantidad que se deja en los tejidos. Es importante la diferencia entre la saturación de los pulmones y la saturación de los tejidos = cantidad de O2 que deja en los tejidos.

Podemos observar que la hemoblogina presenta una cooperatividad, lo que conlleva que sea más efectiva transportando O2 que la sin cooperatividad ya que deja en los tejidos una cantidad del 66% de O2. En cambio sin cooperatividad deja solo un 38%.

Ejemplo de las tres formas:

• A: No es una buena forma de transporte ya que presenta demasiada afinidad y al llegar a los tejidos no soltaría casi nada de O2

• B: Es la curva sigmoidea: al principio presenta poca afinidad y al final mucha. Es perfecta ya que al llegar a los pulmones presenta mucha afinidad (coge mucho de O2), y al pasar por los tejidos no presenta tanta afinidad (deja ir al O2)

• C: No es una buena forma de transporte ya que la cantidad de O2 que transporta de los pulmones a los tejidos es mínima.

Al ir subiendo la concentración de O2 en el medio y al tener cooperatividad (se promueve todo el proceso del paso de T a R) y así también sube la afinidad por el O2. Todo esto conlleva a que se una más cantidad de O2, es decir, haya más puntos de unión (más oximioglobina) la cual será transportada a los tejidos y allí dejará el O2.


EFECTO DEL CO2 y del pH La afinidad de la hemoglobina por el oxígeno disminuye cuando aumentan [CO2] y [H+].

El CO2 y los protones son moduladores alostéricos negativos de la hemoglobina. (contribuyen a la conformación T)

Tanto los protones como CO2 desplazan los valores del P50. Aumenta P50 disminuye afinidad. Alosterismo: fenómeno por el cual la unión de un ligando a una prot cambia la estructura y función de esta. (modulador)

1. CO2

La hemoglobina transporta aproximadamente un 20% del CO2 producido por los tejidos.

En los pulmones oxigenada. Conformación R: gran [O2], aún coge más O2 y gran afinidad.

En los tejidos desoxigenada. Suelta + oxígeno. Su conformación cambia a T. Menos afinidad por el O2.

Contribuye a incremento [O2]

Contribuye a aumento de [CO2] y [H+]

Nos indica que es un proceso reversible

Se puede observar como el lila transporta más O2 a los tejidos ya que presenta menor afinidad en éstos y una mayor afinidad en los pulmones.


El CO2 se une a grupos amino Terminal desprotonados, generando grupos carbamino.

El aumento de cargas en los extremos favorece la conformación T (estructura más rígida), por lo que el CO2 reduce la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Eso facilita la liberación de O2 y, por tanto, la oxigenación de los tejidos.

2. pH. Efecto Bohr La unión de los protones favorece a la conformación T (forma rígida) La desprotonación favorece a la conformación R. La bajada del pH favorece a la protonación de los grupos con valores de pKa próximos a 7,4: grupos amino-teminal (pKa~8,0) y cadenas laterales de histidina (pKa~7,0)

No protonados Carga negativa. Grupo carbamino. + probable la conformación T.

La protonación de los grupos amino-terminal aumenta las cargas y por tanto, las interacciones iónicas en los extremos de las cadenas lo que favorece a la conformación T. (recordar que la conformación T se caracteriza por ser rígida debido a las interacciones iónicas que se establecen entre los grupos cercanos a los extremos y a los grupos amino y carboxilo)

La protonación de la His 146 de las cadenas β favorece la formación de un par iónico con el Asp 94 de la misma cadena, lo que favorece la conformación T.

Esta protonación favorece a la conformación T. La fuerza de unión entre His 146 y Asp 94 será superior ahora que las cargas son contrarias = se atraen.

Se desprotona, favorece a la conformación R (más libertad de mov ya que no existe enlace iónico). Ya no existe la unión iónica entre His 146 y Asp 94, ya que no hay cargas contrarias que se atraigan.

La conformación R, tiene tendencia a soltar protones más fácilmente = es un ácido fuerte.

La conformación T, tiene menor tendencia a soltar protones = es un ácido débil.


Es importante llevar equivalentes ácidos de los tejidos a los pulmones (para su correspondiente eliminación). Como llevar O2 de los pulmones a los tejidos. Al adquirir T o R va a afectar a la afinidad por el O2 Las propiedades alostéricas de la hemoglobina favorecen el transporte de CO2 y de equivalentes ácidos a los pulmones, así como la oxigenación de los tejidos. Gracias al transporte de equivalentes ácidos hacia los pulmones, se elimina el componente ácidos de los tejidos. La hemoglobina es una proteína alostérica 1 y cooperativa.

• Presenta cinética sigmoidea. • Son generalmente oligómeros con varias subunidades (2-12) que se influencias

mutuamente, como consecuencia de la unión de efectores alostéricos. • L’Hb no es una enzima, pero su comportamiento se puede explicar de la misma

manera, ya que presenta características alostéricas. No es lo mismo alosterismo (fenómeno por el cual la unión de un ligando a una prot cambia la estructura y función de esta.) que cooperatividad. Alosterismo no es necesario ser oligomérica Cooperatividad es necesario ser oligomérica haya un proceso cooperativo.

1 Una proteína alostérica es aquella que en la unión de un ligando a un sitio afecta a las propiedades de unión de otro sitio de la misma proteína. Las proteínas alostéricas son aquella que tienen “otras formas” i conformaciones inducidas por la unión de ligandos conocidos como moduladores. Los moduladores de las proteínas alostéricas puede ser activadores o inhibidores. Cuando un ligando normal y el modulador son idénticos la interacción se denomina homóloga. Cuando el modulador es una molécula diferente del ligando normal la interacción es heterotrópica. Algunas proteínas tienen dos o más moduladores y por lo tanto pueden tener interacciones homotrópicas y heterotrópicas. (referencia en dibujo)


DIBUJO DE LOS ENZIMAS ALOSTÉRICOS Cuando M y S son el mismo decimos que M = modulador homotrópico. Cuando es distinto modulador heterotrópico EFECTO DEL 2,3-DISFOSFOGLICERATO (se une a la conformación T y la hace más estable) El 2,3-disfosfoglicerato (2,3-DPG) es un modulador alostérico que estabiliza la conformación T de la hemoglobina, por lo que disminuye su afinidad por el oxígeno. El 2,3-DPG se coloca en el hueco central entre las cuatro subunidades en la conformación T (en la R no cabe), donde se une mediante interacciones iónicas. Con 2,3-DPG al haber más estabilidad de la conformación T, tendiría a menor afinidad por el O2, + concentración de O2.

Si purificamos la hemoglobina solo habrá conformación R: es un medio de transporte con demasiada afinidad por el O2 = no es un buen transporte ya que no dejará casi nada en los tejidos, no tiene cooperatividad ni tampoco presenta alosterismo.

Tiene varias cargas negativas unión en el centro de la conformación T mediante interacciones iónicas (electrostáticas).


Cambios en la concentración de 2,3-DPG participan en la adaptación a la altura La hemoglobina fetal presenta diferentes subunidades (γ en lugar de β), en las que una de las His que participan en la unión con el 2,3-DPG es sustituida por Ser, por lo que tiene menor afinidad por el 2,3-DPG y, por tanto, más por el O2. La serina no tiene carga en su cadena lateral menos afinidad por el 2,3-DPG no se estabiliza tanto la conf. T más conformación R en la Hemoglobina fetal.

Se observa lo que hace al aumentar la concentración de 2,3-DPG consigue una menor afinidad al principio se coge menor en los pulmones pero se suelta + en los tejidos.

Curva real de la hemoglobina

Hb fetal adquiere una afinidad por el O2 superior. Conf T: menos afinidad 2,3-DPG estabiliza la conf T lo que conlleva a menos O2. Cuando ponemos Ser no hay afinidad por el DPG + conf R

Consecuencias: El O2 siempre fluirá de la madre al feto así puede recibir oxígeno. El cambio de un solo aminoácido hace posible la respiración del feto. La regulación de la unión de oxígeno a la hemoglobina por el BPG juega un papel importante en el desarrollo fetal. La hemoglobina fetal debe tener una mayor afinidad por el O2 que la hemoglobina materna debido a que el feto debe extraer el oxígeno de la sangre de su madre. El feto sintetiza subunidades γ en lugar de las β, formándose la hemoglobina α2γ2. Este tetrámero tiene una afinidad por el BPG mucho menor que la de la hemoglobina adulta normal y por lo tanto una mayor afinidad por el O2.


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Conceptos importantes de Bioquímica 1r cuadrimestre