Dinamica de Las Proteinas Tema3

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J. Salgado, UVEG 2007

Dinmica de las Protenas

Tema 3

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Esquema del Tema

Dinmica y Funcionalidad Flexibilidad Cambios conformacionales Interacciones

Interaccin Protena/Ligando Generalidades Fraccin de saturacin Cooperatividad Alosterismo

Protenas transportadoras de oxgeno Mioglobina y Hemoglobina Curvas de saturacin de O2 Origen molecular de la

cooperatividad Efectores alostricos de la

hemoglobina. Origen molecular del alosterismo 2,3-BPG Efecto Bohr CO2

Variantes naturales y patologa molecular de la hemoglobina

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Dinmica y Funcionalidad

La funcionalidad de las Protenas depende de sus propiedades dinmicasFlexibilidad

Las protenas no son estructuras rgidas Su flexibilidad depende de un gran nmero de enlaces

dbiles

Cambios conformacionales Son pequeas variaciones de la estructura terciaria Sirven para regular la actividad de las protenas

Interacciones Unin reversible de ligandos Interacciones reversibles protena-protena Se estabilizan mediante enlaces dbiles

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Interaccin Protena (P) / Ligando (L)

Muchas funciones dependen de la unin reversible de ligandos

Tipos de ligandos En catlisis

P = enzima L = sustrato, activador,

inhibidor

En sealizacin P = receptor L = hormona

En transporte P = transportador L = O2, lpido, azcar, etc.

En sistema inmunolgico P = anticuerpo L = antgeno

LP L

Sitio de unin

Sitio de unin Especfico y definido Interacciones P-L

Enlaces dbiles: Hidrofbicos Inicos Enlaces de H van der Waals Otros

Complejo PL

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Fraccin de Saturacin

Para un solo sitio:

P + L PL

Constante de disociacin

DefinimosFraccin de Saturacin Y :

De las expresiones anteriores

Ecuacin de una hiprbola

1

0,5

0

Y

Kd [L]KdKd

Unin dbil

Unin fuerte

Definicin de Kd

Concentracin de ligando para la cual se alcanza la mitad de la saturacin mxima (L)

Representacin de Y frente a [L]

Kd = LAfinidad Kd

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Cooperatividad

Para varios sitios Sitios equivalentes e independientes K1 = K2 = Kn = L c = 1

Sitios equivalentes y dependientes Supercooperatividad +

Todos simultneamente

c = n Cooperatividad +

K1 > K2 > Kn 1 < c < n

Cooperatividad K1 < K2 < Kn 0 < c < 1

P + L PLK1

PL + L PL2K2

PL2 + L PL3K2

PLn-1 + L PLnKn

c coeficiente de Hill

P + nL PLnK

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Curvas de Cooperatividad Positiva

La afinidad aumenta a medida que se van ocupando los sitios Resultado:

Curva sigmoidea Superposicin de distintas

curvas hiperblicas tericas

Efecto homotrpico Mismo ligando en los

distintos sitios (equivalentes) La unin en un sitio afecta a

la afinidad en otros (dependientes) Si facilita: cooperatividad

positiva Generalmente, cada sitio en

una subunidad proteica (protenas multimricas)

1

0,5

0

Y

L [L]KdKd

Unin db

il

(primer sit

io)

Unin fuerte (ltimo sitio)

Curva sigmoidea

Unin cooperativ

a

L representa la afinidad del conjuntoPara el conjunto No cabe hablar de Kd

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Modelos de Cooperatividad Dos estados conformacionales de afinidad

T (tenso), baja afinidad, R (relajado), alta afinidad, La unin de L induce una transicin conformacional T->R Dos modelos:

L L L L L

L

L L

L L

Modelo concertado (Monod, Wyman, Changeux; 1965)

Modelo Secuencial (Koshland, Nmethy, Filmer; 1966)

L L L L

L L

L L

L L

L

L LL LL L L

tetrmero

tetrmero

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Alosterismo

Mecanismo de regulacin

Se debe a cambios conformacionales inducidos por la unin de un ligando efector

Efecto heterotrpico

Entre sitios no equivalentes

Distintos ligandos

Cada uno su sitio especfico

Positivo activacin En protenas multimricas

favorece estado R

Negativo inhibicin En protenas multimricas

favorece estado T

I

Efector negativo (inhibidor)

Efector positivo (activador)

A

Activador

S

P

Sustrato

S

P

Sustrato Inhibidor

A

P

I

PSP

A

P S

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Curvas de Alosterismo

Solo heterotrpico Activacin o inhibicin

sin cooperatividad Activador

Aumenta la afinidad Inhibidor

Disminuye la afinidad

Homo y heterotrpico Cooperatividad + activacin o

inhibicin Activador

Afinidad, cooperatividad Inhibidor

Afinidad, cooperatividad

1

0,5

0

Y

L[L]L

+ Activador1

0,5

0

Y

[L]

+ Inhibidor

+ Activador

L

Slo cooperatividad

+ Inhibidor

KdKd Kd

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Ejemplo de Sistemas Alostricos: Protenas Transportadoras de O2

Mioglobina Hemoprotena

monomrica Funcin:

Almacenamiento de O2en el msculo

Hemoglobina Hemoprotena

tetramrica Cada cadena es muy

similar a la mioglobina Funcin:

Transporte de O2 y CO2entre los pulmones y los tejidos

Mioglobina

Hemoglobina

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El Sitio de Unin del Oxgeno

Fe2+

Desoxi-Hb Oxi-Hb

O2

Fe2+hemo

Hisproximal

Fe2+

Grupo hemoFe2+-protoporfirina IX

O2

Histidina distal

Histidina proximal

Cavidad hidrofbica

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Cmo Funciona el Transporte de O2?

Y Y

YY

pO2

Eficiencia del transporte

Eficiencia del transporte

(Hemoglobina)

El transporte es eficaz si la saturacin en los tejidos es mucho menor que en los pulmones

mala

buena(R)

(T)

La mayor eficacia se consigue con un comportamiento cooperativo (sigmoideo)

regular

Muy afn

Poco afn

Muy afn

Cooperatividad

pO2 pO2

pO2

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Origen Molecular de la Cooperatividad

La hemoglobina es un dmero de dmeros Interfase DE- D2E2

Interacciones inicas en forma desoxi (T)

Grupos hemo muy separados

La unin de O2 en una subunidad provoca: Desplazamiento del Fe2+ en

el plano del grupo hemo

Cambio conformacionaltransmitido a las subunidades vecinas(Transicin T R)

Desoxihemoglobina

Oxihemoglobina

Interfase D1E1- D2E2

D1

D2 E2

E1

Transmi-sin del cambio a otras subunida-des

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Transicin T R en la Hemoglobina1.Unin de O2 a una

subunidadCambia sta de T a R

2.Reordenamiento de la interfase D1E1-D2E2

3.Cambio conformacionaltransmitido a las subunidades vecinas

Giro de 15 de D1E1 con respecto a D2E2

Disminucin de cavidad entre E1 y E2

4. Transicin T R en subunidades vecinasAumento de afinidad por

el O2 Cooperatividad

Forma T(desoxi)

Forma R(oxi)

D1 D2

E1E2

D1 D2

E1E2

D1 E1

D2E2

D1 E1

D2E2

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Efectores Alostricos de la Hemoglobina

In H+, CO2 y 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) Efectores heterotrpicos

Actan como inhibidores Estabilizan forma desoxi (T)

Disminuyen afinidad por el O2 Facilitan liberacin en los tejidos

Acentan cooperatividad

Mejoran la efectividad del transporte

Permiten la regulacin fisiolgica de la hemoglobina Modulan su afinidad por el O2

Transporte de H+ y CO2 en sentido inverso al O2

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Papel del 2,3-BPG

Compuesto inico Carga negativa

Se une slo a las formas T Sitio de unin slo en las

formas T 2,3-BPG dificulta la

transicin T R Estabiliza forma desoxi Inhibe la unin de O2

Sin 2,3-BPG Mucha afinidad por O2 Poca cooperatividad

Baja eficiencia del transporte de O2

++

+

+ +

+

+

+

-

--

-

-

p50O2P50O2

1

0,5

0

Y

pO2 (torr)

sin 2,3-BPG

con 2,3-BPG

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Papel del H+ (Efecto Bohr)

Un pH ms bajo facilita la liberacin de O2 en los tejidos pH 7,4 (pulmones)

Mayor afinidad pH 7,2 (msculo activo)

Menor afinidad

Origen molecular del efecto Bohr Grupos ionizables protonados

(dos His y N-terminal) En estado protonado forman

puente salino Estabilizan forma T (desoxi) Disminuyen la afinidad por el

O2 Se libera O2 en los tejidos

pH 7,2 (en los tejidos)

Protn aadido

Puente salino que estabiliza la forma T (desoxi)

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Papel del CO2

Una mayor presin parcial de CO2 facilita la liberacin de O2 en los tejidos En los tejidos, pCO2 alta

Menor afinidad por O2

En los pulmones pCO2 baja Mayor afinidad por O2

Origen molecular CO2 en los tejidos reacciona

con grupos N-terminal de la Hb Forma grupos carbamato con

carga Participan en puentes salinos

de las formas T

Estabiliza forma desoxi

Facilita liberacin de O2

Tejidos Pulmones

Y

carbamato

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Variantes Moleculares de la Hemoglobina

Hemoglobina fetalCadenas J en lugar

de E His143 sustituida por

Ser (sin carga +) Menor afinidad por el

2,3-BPG Mayor afinidad por

O2Transferencia de O2desde la hemoglobina materna

++

+

+ +

+

+

+

-

--

-

-

Sustituido por Ser(sin carga +)

Hemoglobina D2 J2

Eritrocitos maternos (D2 E2)

Eritrocitos del feto (D2 J2)

El O2 fluye desde la oxihemoglobina materna a la desoxihemoglobina del feto

Y

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