Quimica Biologica 2015

Dr. Marcelo A. MartíProfesor Adjunto Dto Química Biológica FCEN-UBA Investigador Independiente INQUIMAE-CONICETGerente Tecnologico BIADirector Grupo de BioFisicoQuímica y Bioinformática Estructural de Proteínas marti.marcelo@gmail.com

Introducción

General

►Clase 1: Clase 1: ¿Cómo es la estructura de las proteínas?¿Cómo es la estructura de las proteínas?

►Clase 2: Clase 2: ¿Cómo se determina la estructura?¿Cómo se determina la estructura?

►Clase 3: Clase 3: ¿Cómo se pliegan las proteínas?¿Cómo se pliegan las proteínas?

Estructura de ProteínasEstructura de ProteínasQuimica Biológica 2014Quimica Biológica 2014

Bibliografia:Bibliografia:

► Biochemistry, de Voet and Voet.Biochemistry, de Voet and Voet.► Biochemistry, de MetzlerBiochemistry, de Metzler► Introduction to Protein Structure, de Branden and Tooze.Introduction to Protein Structure, de Branden and Tooze.► Structure and mechanism in protein science, de A Fersht.Structure and mechanism in protein science, de A Fersht.► Proteins, de CreightonProteins, de Creighton

¿Por qué estudiar la estructura ¿Por qué estudiar la estructura de proteínas?de proteínas?

► Realizan la gran mayoría de las funciones biológicasRealizan la gran mayoría de las funciones biológicas Catalizan reacciones químicasCatalizan reacciones químicas Funciones estructurales y de soporteFunciones estructurales y de soporte Funciones de reconocimiento y señalizaciónFunciones de reconocimiento y señalización Realizan trabajo mecánicoRealizan trabajo mecánico Interconvierten formas de energíaInterconvierten formas de energía

► Los fármacos ACTUAN o SON ProteínasLos fármacos ACTUAN o SON Proteínas► Son “maquinas moleculares” y entenderlas es my Son “maquinas moleculares” y entenderlas es my

interesanteinteresante► Comprender cualquier fenómeno biológico, consiste Comprender cualquier fenómeno biológico, consiste

en una visión reduccionista en comprender que en una visión reduccionista en comprender que proteínas lo realizan y cómoproteínas lo realizan y cómo

Enfoque reduccionistaEnfoque reduccionista Enfoque FenomenológicoEnfoque Fenomenológico

Top-DownTop-Down

Bottom-upBottom-up

EnfoqueEnfoqueDialéctico e InterdisciplinarioDialéctico e Interdisciplinario

La estructura de Proteínas en QBLa estructura de Proteínas en QB

¿Quién (o quienes) estudia la estructura ¿Quién (o quienes) estudia la estructura de proteínas?de proteínas?

Biología Biología EstructuralEstructural

FísicaFísicaQuímicaQuímica

Bioquimica-Bioquimica-Biol MolBiol Mol

IInformáticanformática

HH=E=E

AC

hormone signal outside GPCR plasma membrane

GTP GDP ATP cAMP + PP i

cytosolGDP GTP

¿Qué significa conocer la estructura de ¿Qué significa conocer la estructura de proteica?proteica?

Power-point Biology!Power-point Biology!

Realidad?Realidad?

Estructura de ProteínasEstructura de Proteínas

Objetivos de la Clase:

Comprender como las caracteristicas fisicoquimicas de los aminoacidos y sus interacciones determinan la estructura proteica

Comprender como se manifiesta la estructura proteica para dar lugar a la función

Un poco de Repaso

de Termodinámica

Un poco de repaso de termodinamica Un poco de repaso de termodinamica estilo QGI1estilo QGI1

► ““E” = Energía ¿Qué es? , “H” = Entalpía E” = Energía ¿Qué es? , “H” = Entalpía ¿Qué es?¿Qué es?

► Energía como manifestación de las Energía como manifestación de las interacciones molecularesinteracciones moleculares

► ¿ A dónde va el sistema?¿ A dónde va el sistema? FF = - = -δδE/E/δδrr

► ““S” = Entropía, ¿Qué es?S” = Entropía, ¿Qué es? S es: desorden, numero de conformaciones accesibles, S es: desorden, numero de conformaciones accesibles,

distribución de estadosdistribución de estados

► ““G” = Energía libre (T, P ctes…)G” = Energía libre (T, P ctes…) G es: criterio de espontaneidad, G es: criterio de espontaneidad, ΔΔG =G = ΔΔH - TH - TΔΔSS Define el Equilibrio QuimicoDefine el Equilibrio Quimico A A B, B, ΔΔGGAB AB = RT ln(K= RT ln(Keqeq

ABAB))

Un poco de repaso… “S” y “G”Un poco de repaso… “S” y “G”

Ejemplo: Agua Sólida => Agua líquidaEjemplo: Agua Sólida => Agua líquida

ΔΔG?G?

Unidades y magnitudes?► En que unidades se miden E, H, S y G?En que unidades se miden E, H, S y G?

Kcal/molKcal/mol► Cuanto es 1 (una) kcal/mol?}Cuanto es 1 (una) kcal/mol?}

► Como se relacionan las kcal/mol con las calorias de la Como se relacionan las kcal/mol con las calorias de la comida?comida?

► Cuanto es mucha o poca energia en quimica biologica?Cuanto es mucha o poca energia en quimica biologica? En sistemas biologicos (en agua a ca. 300K) la energia En sistemas biologicos (en agua a ca. 300K) la energia

“termica” del sistema es 0.6 kcal/mol “termica” del sistema es 0.6 kcal/mol ►

Tipos de interaccionesTipos de interacciones

IInteracción de Van der Waals (vdw) o fuerzas nteracción de Van der Waals (vdw) o fuerzas de london (débil) Ej: Asociar 1 Metileno a una de london (débil) Ej: Asociar 1 Metileno a una cadena alifática cadena alifática ΔΔH = -0.5 kcal/molH = -0.5 kcal/mol

Interacción Electrostática (Ley Coulomb), Fuerte Interacción Electrostática (Ley Coulomb), Fuerte en vacío. Ej: en Vacío (en vacío. Ej: en Vacío (εε=1)=1) asociar dos cargas asociar dos cargas del vacío resulta en del vacío resulta en ΔΔH=-40 kcal/mol. Pero ojo en H=-40 kcal/mol. Pero ojo en agua agua εε=78, y el =78, y el ΔΔG efectivo = 2-10 kcal/molG efectivo = 2-10 kcal/mol

Puente de Hidrógeno. Puente de Hidrógeno. ΔΔH=-2 a -5 H=-2 a -5 kcal/molkcal/mol

¿ y el efecto ¿ y el efecto hidrofóbico?hidrofóbico?

Tipos de interacciones:Tipos de interacciones:Interacción u efecto hidrofóbicoInteracción u efecto hidrofóbico

► El efecto hidrófobico es una de las interacciones más El efecto hidrófobico es una de las interacciones más importantes para la estructura de proteínasimportantes para la estructura de proteínas

► Surge NO de la interacción entre grupos hidrofóbicos, Surge NO de la interacción entre grupos hidrofóbicos, sino cómo consecuencia de la estructura del Aguasino cómo consecuencia de la estructura del Agua

► Transferencia “efectiva” de un Metileno del agua a un Transferencia “efectiva” de un Metileno del agua a un medio hidrofóbico resulta en medio hidrofóbico resulta en ΔΔG≈ -1 kcal/molG≈ -1 kcal/mol

ΔG<0

Exclusión de Agua!Exclusión de Agua!

Estructura PrimariaEstructura Primaria

Estructura primaria: los 20 aaEstructura primaria: los 20 aaProteína polímero de Proteína polímero de αα-aminoácidos-aminoácidos

Unido al CUnido al Cαα hay SIEMPRE un grupo Amino y hay SIEMPRE un grupo Amino y un grupo Ácido. Además hay un Hidrógeno un grupo Ácido. Además hay un Hidrógeno (H(Hαα) y la cadena lateral “R” (Residuo).) y la cadena lateral “R” (Residuo).Los 20 residuos diferentes determinan 20 aasLos 20 residuos diferentes determinan 20 aas

El CEl Cαα tiene 4 sustituyentes distintos es QUIRALLos 20 aa Naturales son “L” o “R” (Regla CORN)

Proyecciones de Fischer L-amino en la izquierda, D-amino en la derecha

La clave esta en el “R”

CP

GAVIL

MF

YW H

KR

E Q

DNS

TCSH

S+S

positivos

cargadospolares

alifáticos

aromaticos

pequeños

Muy pequeños

hidrofóbicos

Estr. 1ria: Propiedades de los 20 aaEstr. 1ria: Propiedades de los 20 aa► Para nombrarlos Código de 3 u 1 letra Ej: Alanina-Ala-A, Para nombrarlos Código de 3 u 1 letra Ej: Alanina-Ala-A,

Triptofano-Trp-W, etcTriptofano-Trp-W, etc► Las propiedades importantes están relacionadas con la Las propiedades importantes están relacionadas con la

naturaleza química del grupo funcional del residuonaturaleza química del grupo funcional del residuo Tamaño, Carga, Grupos funcionales, Hidrofobicidad, Tamaño, Carga, Grupos funcionales, Hidrofobicidad,

Hidrofilicidad, Reactividad química, Esencialidad, Hidrofilicidad, Reactividad química, Esencialidad, abundancia..etc.abundancia..etc.

Estr. 1ria: los 20 aaEstr. 1ria: los 20 aaEn cajita los esencialesEn cajita los esenciales

Los aa alifáticos participan principalmente en Los aa alifáticos participan principalmente en interacciones hidrofóbicas en los núcleos proteicosinteracciones hidrofóbicas en los núcleos proteicos

La Gly al no tener cadena lateral NO presenta ningún La Gly al no tener cadena lateral NO presenta ningún tipo de impedimento estérico y es muy flexibletipo de impedimento estérico y es muy flexible

Estr. 1ria: los 20 aaEstr. 1ria: los 20 aaEn cajita los esencialesEn cajita los esenciales

La prolina es un IMINOACIDO, el grupo N esta unido La prolina es un IMINOACIDO, el grupo N esta unido covalentemente al “R”, por lo que es RÍGIDA. Esto hace que covalentemente al “R”, por lo que es RÍGIDA. Esto hace que tenga mucha influencia en la estructura cuando esta tenga mucha influencia en la estructura cuando esta presente presente

Los aa aromáticos forman parte de núcleos Los aa aromáticos forman parte de núcleos hidrofóbicos, y participan en interacciones hidrofóbicos, y participan en interacciones proteína-proteína/Ligandoproteína-proteína/Ligando

Los aa con grupo Los aa con grupo alcohol, son polares, alcohol, son polares, y reactivos (Sufren y reactivos (Sufren modificaciones post-modificaciones post-traduccionales) traduccionales) además forman sitio además forman sitio activos de diversas activos de diversas enzimasenzimas

Estr. 1ria: los 20 aaEstr. 1ria: los 20 aaEn cajita los esencialesEn cajita los esenciales

Los aa Ácidos están cargados a pH Los aa Ácidos están cargados a pH fisiológico pka es fisiológico pka es ≈≈4.5.4.5.Las amidas correspondientes son aa muy Las amidas correspondientes son aa muy polares, donores/aceptores de pte H.polares, donores/aceptores de pte H.

De los aa azufrados, la Cys es calve De los aa azufrados, la Cys es calve por su capacidad de formar puentes por su capacidad de formar puentes disulfuro, es ligeramente polar y su disulfuro, es ligeramente polar y su pka=8.5pka=8.5La metionina es un residuo de La metionina es un residuo de carácter hidrofóbicocarácter hidrofóbico

Estr. 1ria: los 20 aaEstr. 1ria: los 20 aaEn cajita los esencialesEn cajita los esenciales

De los aa básicos, la His pka=6.4-7 esta por lo generalmente neutra y De los aa básicos, la His pka=6.4-7 esta por lo generalmente neutra y participa del sitio activo de numerosas enzimas. La Lys pka 10.5 esta participa del sitio activo de numerosas enzimas. La Lys pka 10.5 esta por lo general cargada y expuesta a solvente al igual que la Arg por lo general cargada y expuesta a solvente al igual que la Arg pka>12pka>12

Estr. 1ria: El enlace peptídicoEstr. 1ria: El enlace peptídico

Estr. 1ria: La SecuenciaEstr. 1ria: La Secuencia

► >ALKKKRGTGGFGDESCALAYWRC>ALKKKRGTGGFGDESCALAYWRC► Se escribe del N-terminal al C-terminalSe escribe del N-terminal al C-terminal► La secuencia posee alto contenido de La secuencia posee alto contenido de

información…(Métodos de análisis de información…(Métodos de análisis de secuencias => Bioinformática?)secuencias => Bioinformática?)

► Hoy obtener la secuencia de una proteína es Hoy obtener la secuencia de una proteína es muy fácil..¿por que? muy fácil..¿por que?

► Mr #Residuos x 100-115 DaltonsMr #Residuos x 100-115 Daltons

Estr. 1ria: La SecuenciaEstr. 1ria: La Secuencia► ¿Qué puedo aprender de la secuencia?¿Qué puedo aprender de la secuencia?► ¿Cómo están compuestas la proteínas?¿Cómo están compuestas la proteínas?► ¿Cuánto miden?¿Cuánto miden?

Media 322 aminoácidos

LAGLAGSSVVEEI I TTRRDDKKPN PN FFQQYYMMHHCCWW

Estructura Estructura SecundariaSecundaria

Caract. del enlace PeptídicoCaract. del enlace PeptídicoEl enlace peptídico posee El enlace peptídico posee carácter de doble enlace, lo que carácter de doble enlace, lo que se puede explicar por resonanciase puede explicar por resonancia

Esto da lugar a un equilibrio Esto da lugar a un equilibrio cis-trans, con un cis-trans, con un ΔΔG≈2 G≈2 kcal/molkcal/mol

El enlace peptídico posee una El enlace peptídico posee una “estructura plana”“estructura plana”

Y un dipolo Y un dipolo permanentepermanente

Caract. del enlace PeptídicoCaract. del enlace Peptídico

Estructura SecundariaEstructura Secundaria► 1er elemento de estructura que involucra orientación u conformación 1er elemento de estructura que involucra orientación u conformación

espacialespacial► Sólo depende del “backbone”. (Se puede analizar sin considerar los “R”)Sólo depende del “backbone”. (Se puede analizar sin considerar los “R”)► Emerge de las características del enlace peptídicoEmerge de las características del enlace peptídico

Cadena Residuos => Cadena de planos, separados por CCadena Residuos => Cadena de planos, separados por Cαα Conformación de los planos está determinada porConformación de los planos está determinada por la rotación alrededor de los la rotación alrededor de los

enlaces simples del Cenlaces simples del Cαα (que se mide como un ángulo diedro) (que se mide como un ángulo diedro)

N

CCi

Ci+1

Ángulo diedro Ángulo diedro (Ca(Caii-C-N-Ca-C-N-Cai+1i+1))

La conformación del “backbone” de La conformación del “backbone” de cada residuo se define de acuerdo cada residuo se define de acuerdo al valor de sus 2 al valor de sus 2 ángulos diedrosángulos diedros caracteristicos, conocidos cómo: caracteristicos, conocidos cómo: Phi=Phi=φφ y Psi= y Psi=ψψ, definidos según: , definidos según: ΦΦ:C:C-1-1-N-Ca-C -N-Ca-C ψψ:N-Ca-C-N:N-Ca-C-N+1+1

El 0 es para la conformación cis!El 0 es para la conformación cis!

ΦΦ

ψψ

Estr. 2ria: Ramachandran-PlotEstr. 2ria: Ramachandran-Plot► Análisis de TODAS las posibles conformaciones de Análisis de TODAS las posibles conformaciones de ψψ y y φφ se representa se representa

en lo que se conoce como el “Ramachandran Plot (RP)”en lo que se conoce como el “Ramachandran Plot (RP)”► Análisis estérico muestra que no todas las combinaciones son posibles, Análisis estérico muestra que no todas las combinaciones son posibles,

por que el R chocaría con el backbone por que el R chocaría con el backbone ► Que aminoácidos espera posean comportamiento diferente? Por que?Que aminoácidos espera posean comportamiento diferente? Por que?► Verde => Zona bajo impedimento estericoVerde => Zona bajo impedimento esterico

Estr. 2ria: Ramachandran-PlotEstr. 2ria: Ramachandran-PlotAnálisis de TODAS las Análisis de TODAS las

estructuras de proteínas estructuras de proteínas obtenidasobtenidas

Sólo GLYSólo GLY

Todos Todos no GLYno GLY

Cálculo de energía libre Cálculo de energía libre relativa en base a un modelo relativa en base a un modelo

atomísticoatomístico

La glicina presenta La glicina presenta mucha libertad mucha libertad conformacionalconformacional

El análisis revela la El análisis revela la presencia de zonas presencia de zonas

diferencias asociadas a diferencias asociadas a diferentes conformacionesdiferentes conformaciones

Estr. 2ria: Ramachandran-PlotEstr. 2ria: Ramachandran-PlotGrupos de Residuos contiguos con la misma conformación Grupos de Residuos contiguos con la misma conformación

dan lugar a las estructuras secundarias característicasdan lugar a las estructuras secundarias características

ααLL

ββ

ααRR

ΦΦ

ψψββBIBI

ββBIIBII

ββBIIIBIII

ColCol

pPIIpPIIpGIIpGII

Elementos de Estr. 2ria: Elementos de Estr. 2ria: αα-hélice-hélice► Descrita en 1951 por Pauling, a partir del análisis del Descrita en 1951 por Pauling, a partir del análisis del

enlace peptídico.enlace peptídico.► φφ//ψψ=-60/-50 =-60/-50 ► Es de carácter local y el elemento más común 30% Es de carácter local y el elemento más común 30% ► Una vuelta son 3.6 residuos, y es dextrógira para los L-Una vuelta son 3.6 residuos, y es dextrógira para los L-

aaaa► Se forman PtesH entre residuos i e i+4 paralelos al eje Se forman PtesH entre residuos i e i+4 paralelos al eje

de la hélice.de la hélice.► Las cadenas lat apuntan hacia afueraLas cadenas lat apuntan hacia afuera

Elementos de Estr. 2ria: Elementos de Estr. 2ria: héliceshélices

► Otras hélices:Otras hélices: Lo que varía es el # de residuos por vuelta y quiénes forman Lo que varía es el # de residuos por vuelta y quiénes forman

los puentes H.los puentes H. Hélice-Hélice-ππ, PH entre i e i+5, PH entre i e i+5 Hélice 3Hélice 31010 , PH entre i e i +3 , PH entre i e i +3 Por lo general ocurren cómo una sola vuelta al extremo de una Por lo general ocurren cómo una sola vuelta al extremo de una αα--

hélicehélice

► Residuos propensos o NO a formar hélicesResiduos propensos o NO a formar hélices Glycina destabilza las hélices por su libertad conformacionalGlycina destabilza las hélices por su libertad conformacional Prolina corta/doble las hélices por su restricción de los ángulos Prolina corta/doble las hélices por su restricción de los ángulos

diedrosdiedros Los residuos con cadenas alquilicas favorecen las hélices por que Los residuos con cadenas alquilicas favorecen las hélices por que

refuerzan los PH al disminuir la polaridad del entorno localrefuerzan los PH al disminuir la polaridad del entorno local

Elementos de Estr. 2ria: hoja Elementos de Estr. 2ria: hoja ββ► NO localNO local► Cuándo más de 5 residuos se encuentran en conformación extendida Cuándo más de 5 residuos se encuentran en conformación extendida

φφ//ψψ≈-180/180 , y estos se asociacian con otra cadena se forman PtesH ≈-180/180 , y estos se asociacian con otra cadena se forman PtesH entre las cadenas dando lugar a una hoja-entre las cadenas dando lugar a una hoja-ββ..

► Las cadenas pueden correr en el mismo sentido (paralelas) o en sentido Las cadenas pueden correr en el mismo sentido (paralelas) o en sentido opuesto (antiparalelas)opuesto (antiparalelas)

► Las antiparalelas son más establesLas antiparalelas son más estables► Las cadenas laterales se ubican alternadamente arriba y abajo del plano Las cadenas laterales se ubican alternadamente arriba y abajo del plano

de la hojade la hoja

Elementos de Estr. 2ria: hoja Elementos de Estr. 2ria: hoja ββ► Usualmente las hojas Usualmente las hojas ββ no son planas y no son planas y

están torcidas sobre el eje longitudinal, por están torcidas sobre el eje longitudinal, por lo que forman “helices” (propeller) o barrileslo que forman “helices” (propeller) o barriles

Elementos de Estr. 2ria: Loops/TurnsElementos de Estr. 2ria: Loops/Turns► Los loops ocurren en los extremos entre dos regiones de estructura Los loops ocurren en los extremos entre dos regiones de estructura

secundariasecundaria► Pueden ser completamente desestructurados o con cierto carácter Pueden ser completamente desestructurados o con cierto carácter

de estructura. de estructura. ► En los extremos de hojas En los extremos de hojas ββ se forman => lo que se conoce como “ se forman => lo que se conoce como “ββ

turns”que de acuerdo a los ángulos turns”que de acuerdo a los ángulos φφ//ψψ se clasifican en tipo I, II se clasifican en tipo I, II según el CO apunte hacia fuera/adentro etc.según el CO apunte hacia fuera/adentro etc.

► La clave es el PH entre residuos i e i+4 del turnLa clave es el PH entre residuos i e i+4 del turn► Tipo II residuo 3 es siempre GlyTipo II residuo 3 es siempre Gly

Estr. 2ria: Preferencia de los 20aaEstr. 2ria: Preferencia de los 20aaAminoácidoAminoácido HéliceHélice Hoja Hoja GiroGiro

GlutamicoGlutamico 1.591.59 0.520.52 1.011.01

AlaninaAlanina 1.411.41 0.720.72 0.820.82

LeucinaLeucina 1.341.34 1.221.22 0.570.57

MetioninaMetionina 1.301.30 1.141.14 0.520.52

GlutaminaGlutamina 1.271.27 0.980.98 0.840.84

LisinaLisina 1.231.23 0.690.69 1.071.07

ArgininaArginina 1.211.21 0.840.84 0.900.90

HistidinaHistidina 1.051.05 0.800.80 0.810.81

ValinaValina 0.900.90 1.871.87 0.410.41

IsoleucinaIsoleucina 1.091.09 1.671.67 0.470.47

TirosinaTirosina 0.740.74 1.451.45 0.760.76

CisteínaCisteína 0.660.66 1.401.40 0.540.54

TriptofanoTriptofano 1.021.02 1.351.35 0.650.65

FenilalaninaFenilalanina 1.161.16 1.331.33 0.590.59

TreoninaTreonina 0.760.76 1.171.17 0.960.96

GlicinaGlicina 0.430.43 0.580.58 1.771.77

AsparaginaAsparagina 0.760.76 0.480.48 1.341.34

ProlinaProlina 0.340.34 0.310.31 1.321.32

SerinaSerina 0.570.57 0.960.96 1.221.22

AspárticoAspártico 0.990.99 0.390.39 1.241.24

Estructura TerciariaEstructura Terciaria

Estr. 3ria: Tipos Principales de Estr. 3ria: Tipos Principales de proteínasproteínas

► Globulares:Globulares: Cadenas plegadas adoptando forma esférica o globular Cadenas plegadas adoptando forma esférica o globular Altamente solublesAltamente solubles DIVERSIDAD FUNCIONALDIVERSIDAD FUNCIONAL

► Fibrosas:Fibrosas: En general insolubles en aguaEn general insolubles en agua Resistentes a la tensión mecánica. Proveen soporte o Resistentes a la tensión mecánica. Proveen soporte o

elasticidad a los tejidoselasticidad a los tejidos Construidas por unidades repetitivas de la misma Construidas por unidades repetitivas de la misma

estructura secundariaestructura secundaria► De Membrana (Todo un tema aparte!):De Membrana (Todo un tema aparte!):

Funciones de transporte (pasivo, activo)Funciones de transporte (pasivo, activo) comunicación célula-célula y célula-matriz, receptorescomunicación célula-célula y célula-matriz, receptores Transferencia electrónicaTransferencia electrónica

Estr. 3ria: Interacciones de las Estr. 3ria: Interacciones de las αα--héliceshélices

► Las hélices poseen un Las hélices poseen un dipolo asociado con el dipolo asociado con el eje, debido a la eje, debido a la orientación de los PHorientación de los PH

► La secuencia de La secuencia de cadenas laterales con cadenas laterales con distintos tipos de distintos tipos de propiedades determina propiedades determina el tipo de interacción y el tipo de interacción y por ende la posición de por ende la posición de la hélice en la estr. 3ria. la hélice en la estr. 3ria. Ej: Hélices anfipaticasEj: Hélices anfipaticas

+-

Hidrofóbico

Hidrofílico

Estr. 3ria: Interacciones de las Estr. 3ria: Interacciones de las αα--héliceshélices

Estructura 3ria:Estructura 3ria: Coiled CoilsCoiled Coils ► Formadas por el superenrollamiento levógiro de dos Formadas por el superenrollamiento levógiro de dos αα-hélices -hélices

“Coiled-Coils”“Coiled-Coils”► Por lo general se estabilizan por interacciones hidrofóbicas (a/d) e Por lo general se estabilizan por interacciones hidrofóbicas (a/d) e

hidrofilicas (g/e) entre las 2 héliceshidrofilicas (g/e) entre las 2 hélices► Uno de las familias más conocidas es de los factores de trascripción Uno de las familias más conocidas es de los factores de trascripción

tipo cierre de leucinastipo cierre de leucinas

Estructura 3ria:Estructura 3ria: ColágenoColágeno ► La proteína más abundante del cuerpoLa proteína más abundante del cuerpo► Es una triple hélice superenrollada de hélicesEs una triple hélice superenrollada de hélices► Los CO y NH de cada subunidad apuntan hacia fuera los pH Los CO y NH de cada subunidad apuntan hacia fuera los pH

son inter-hélicesson inter-hélices► Compuesto por Gly, Pro e hidroxyprolinaCompuesto por Gly, Pro e hidroxyprolina► La glicinas apuntan hacia el centro de la triple hélice y su La glicinas apuntan hacia el centro de la triple hélice y su

tamaño permite un contacto estrecho entre las cadenas. tamaño permite un contacto estrecho entre las cadenas. Las Pro y Pro-OH hacia fuera Las Pro y Pro-OH hacia fuera

GlyGly Pro-Pro-OHOH

Estr. 3ria: Interacciones de las hojas-Estr. 3ria: Interacciones de las hojas-ββBarriles y SandwichesBarriles y Sandwiches

► Cómo las cadenas Cómo las cadenas laterales se ubican a los laterales se ubican a los lados de la hoja, la misma lados de la hoja, la misma tiene dos caras que tiene dos caras que pueden poseer pueden poseer caracteristicas diferentes. caracteristicas diferentes. Ej Hidrofobica/Hidrofílica.Ej Hidrofobica/Hidrofílica.

► La asociación de dos La asociación de dos hojas-hojas-ββ una sobre otra da una sobre otra da lugar a los lugar a los ββ-sandwichs-sandwichs

► Alternativamente debido a la Alternativamente debido a la torsión de la hoja y al carácter torsión de la hoja y al carácter diferencial de ambos lados se diferencial de ambos lados se forman barrilesforman barriles

Estr. 3ria. Estructuras Estr. 3ria. Estructuras αα//ββ

Estructura 3ria: Dominios de PlegamientoEstructura 3ria: Dominios de Plegamiento

► La gran mayoría de las proteínas globulares poseen una estructura La gran mayoría de las proteínas globulares poseen una estructura clara para regiones de entre 100-150 residuos, lo que define un clara para regiones de entre 100-150 residuos, lo que define un Dominio de Plegamiento (DP)Dominio de Plegamiento (DP)

► Proteínas mayores, en general están compuestas por varios de Proteínas mayores, en general están compuestas por varios de estos módulos (DP) unidos por un “linker”estos módulos (DP) unidos por un “linker”

► Muchas veces “cada uno de estos DP” esta códificado por un solo Muchas veces “cada uno de estos DP” esta códificado por un solo EXONEXON

► Son elementos móviles de evoluciónSon elementos móviles de evolución► Conservan funcionalidadConservan funcionalidad

Dominio EGF

Dominio kringle

Dom SerProtesa

Dominio de unión a calcio

Estr. 3ria: Densidad de empaquetamientoEstr. 3ria: Densidad de empaquetamiento

► Una de las observaciones que arrojo el estudio de muchas Una de las observaciones que arrojo el estudio de muchas estructuras el hecho que las proteínas poseen en su interior estructuras el hecho que las proteínas poseen en su interior un empaquetamiento optimo de las cadenas laterales. un empaquetamiento optimo de las cadenas laterales.

► El Valor exp. es 0.75 cuando el teórico para un conjunto de El Valor exp. es 0.75 cuando el teórico para un conjunto de esferas rígidas es 0.74.esferas rígidas es 0.74.

► Por lo general este núcleo posee numerosos clusters de Por lo general este núcleo posee numerosos clusters de residuos aromáticos e hidrofóbicosresiduos aromáticos e hidrofóbicos

Proteínas de membranaProteínas de membrana► La membrana es un entorno MUY diferente al agua La membrana es un entorno MUY diferente al agua

=> las reglas de formación de estructura de proteínas => las reglas de formación de estructura de proteínas SON diferentesSON diferentes

► La estructura secundaria se conserva pero debida la La estructura secundaria se conserva pero debida la naturaleza de la mb su interacción es diferentenaturaleza de la mb su interacción es diferente

► Las zonas hidrofóbicas se alojan EN la membrana y Las zonas hidrofóbicas se alojan EN la membrana y hacia la membrana y las hidrofílicas al interior de la hacia la membrana y las hidrofílicas al interior de la proteínaproteína

Proteína de membrana: HélicesProteína de membrana: Hélices► Las Las αα-hélices si son completamente hidrofóbicas se anclan en la -hélices si son completamente hidrofóbicas se anclan en la

membranamembrana► Si son anfipáticas se organizan con la zona hidrofílica hacia adentro Si son anfipáticas se organizan con la zona hidrofílica hacia adentro

y la hidrofobica hacia la membrana (de modo inverso a lo que ocurre y la hidrofobica hacia la membrana (de modo inverso a lo que ocurre en solución)en solución)

Proteína de membrana: Hojas Proteína de membrana: Hojas ββ

► Las hojas Las hojas ββ por sí solas son por sí solas son instables, y en la membrana sólo instables, y en la membrana sólo se encuentra formando barrilesse encuentra formando barriles

► Forman poros, enzimas, o Forman poros, enzimas, o proteínas de la cadena de proteínas de la cadena de transporte de electronestransporte de electrones

Estr. 3ria. Índice de Estr. 3ria. Índice de hidropatíahidropatía

Proteína SolubleProteína Soluble

Que significa conocer la estructura de una Que significa conocer la estructura de una proteina? proteina?

cómo se relaciona con su función?cómo se relaciona con su función?

¿Qué es la estructura de una proteína?¿Qué es la estructura de una proteína?

““Conocer la estructura implica conocer la Conocer la estructura implica conocer la posición espacial relativa de todos los átomos”posición espacial relativa de todos los átomos”

XXYY

ZZ Archivo PDBATOM 385 OE1 GLU L 22 11.539 21.330 9.399ATOM 386 OE2 GLU L 22 13.129 21.411 10.895ATOM 387 C GLU L 22 10.917 17.827 13.394ATOM 388 O GLU L 22 12.011 17.442 13.830ATOM 389 N LEU C 23 9.763 17.336 13.859ATOM 390 H LEU C 23 8.911 17.685 13.442ATOM 391 CA LEU C 23 9.658 16.274 14.871ATOM 392 HA LEU C 23 10.495 16.378 15.563ATOM 393 CB LEU C 23 8.349 16.482 15.656ATOM 394 HB2 LEU C 23 8.356 17.489 16.075ATOM 395 HB3 LEU C 23 7.512 16.418 14.961ATOM 396 CG LEU C 23 8.103 15.473 16.795ATOM 397 HG LEU C 23 8.038 14.466 16.387ATOM 398 CD1 LEU C 23 9.186 15.506 17.874

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