Proteínas - Departamentos

Transcripción

Proteínas: Plegamiento y conformación
➢ Macromoléculas proteicas
➢ Estructuras secundarias
 Principios generales
 Tipos y clasificación
 Rigidez del enlace peptídico
 Restricciones Cβ: Ramachandran
 Estructura general
 Estructuras secundarias
 Estructuras supersecundarias
➢ Aminoácidos: sillares
➢ Conformación tridimensional
 Estructura y tipos
 Propiedades ácido-base
 Estructura micelar: Interac. Terciarias
 Modularidad: motivos y dominios
 Características químicas
 Aa y péptidos no proteicos
 Complejos: interacciones cuaternarias
 Plegamiento asistido
➢ Plegamiento
 Amiloides y priones
 Niveles de organización
 Desnaturalización y renaturalización
 Dogma central del plegamiento
 Enlaces débiles y estabilidad
Para © Enrique Castro
Los trabajos de terceros
retienen su licencia original
Principios generales
Principios generales
Enlace peptídico
Direccional
 Polímeros lineales de aa
• Lineales, no ramificados ni “anudados”
• Autoplegado: secuencia determina forma y función
N
C
Dogma central proteínas
traducción 1D 3D
 Surtido de grupos funcionales
• Reactividad química variada
Enzimas
 Modularidad
Módulos repetidos en
proteínas diversas
• Dominios funcionales
 Interacciones macromoleculares
• Construcción de estructuras
• Máquinas moleculares
• Unión a ligandos
 Flexibilidad
• Dinámicas
© 2010 Enrique Castro
Calmodulina libre
Orgánulos, citoesqueleto
Calmodulina
unida a su diana
2
Tipos y Clasificación
Tipos y Clasificación
 Nº de cadenas
• Monoméricas
• Oligoméricas: Subunidades/protómeros/oligómeros
 Estructura
• Fibrosas
• De membrana
• Globulares
 Composición no-aa
• Simples: sólo aa
• Conjugadas: grupo no proteico
Holoproteína =
apo-proteína + grupo prostético
3
Estructura general de una proteína
Estructura general de una proteína
Superficie
● interacciones
● polar
● Carga y Forma
Enrique Castro, 2003
Centro activo
● pocos aa
● posicionados por el resto
Bucles
● superficiales
● móviles
Corazón
● enterrado
● hidrofóbico
4
Tamaños de proteínas
Tamaños de proteínas
Proteínas
extracelulares
IgG
151 kD
Lisozima
Insulina
5.7 kD
Mioglobina
Hemoglobina
16.7 kD
65 kD
Proteínas
intracelulares
Glutamina
sintetasa
Citocromo c
Ribonucleasa
5
➢ Plegamiento
 Interacciones terciarias y cuaternarias
➢ Problemas de plegamiento
6
Aminoácidos: estructura general
Aminoácidos: estructura general
 Grupo -carboxilo
• Ionizable
• Ácido.
• pKa  2,2
 Grupo -amino
• Ionizable
• Básico
• pKa  9,4
 Carbono 
• Soporta cadena lateral
• Quiral
Clasificables:
• Tamaño
• Forma
• Carga
• Formación pdH
• Polaridad/Hidrofobicidad
• Reactividad química
 Cadena lateral
• variable
• propiedades químicas
numeración de cadena lateral
• letras griegas: sin COOH
• num. romanos: desde COOH
Múltiples clasificaciones
aminoácido Lisina
7
Aminoácidos: quiralidad
Aminoácidos: quiralidad
 Carbono : L-aa (S-aa)
• Proteínas siempre L (S)
• D-aa sólo en péptidos no proteicos
L-Alanina
D-Alanina
L-Gliceraldehído
D-Gliceraldehído
Configuración absoluta: S
8
Aminoácidos: R alifáticos apolares
Aminoácidos: R alifáticos apolares
• Hidrófobos: núcleo interno
• Ramachandran estándard
• No hidrófobo
• Muy Flexible (Ramachandran)
Orden de hidrofobicidad
• Gly
polar
• Pro
• Ala
• Met
• Val
• Leu
• Ile
• Iminoácido
• pKa2 elevado
• Muy rígido (Ramachandran)
hidrófobo
9
Aminoácidos: R aromáticos
Aminoácidos: R aromáticos
• Hidrófobos: núcleo interno
Reconocimiento de proteínas
R. xantoproteica (cualitativa)
R. de Folin (cuantitativa)
Zona de absorción
de Á. nucleicos
Zona de absorción
de proteínas
+ His
• Anillo hidrófobo / grupos polares
• Absorbancia UV
• Tyr: pdH / ionizable carga ⊖
• Trp : pdH
Trp: max 280 nm
Tyr: max 275 nm
Phe: max 260 nm
Nelson & Cox, 4ª Ed, p. 80
10
Aminoácidos: R polar sin carga
Aminoácidos: R polar sin carga
• Hidrófilos: superficie
• Dadores-aceptores pdH
• Reactividad química
• SH ionizable carga ⊖
• puentes disulfuro
• SH reactivo
• Cisteín-enzimas
• OH fosforilable
• OH reactivo
• Serín-enzimas
• N-glicosilación
11
Cys y puentes disulfuro
Cys y puentes disulfuro
2 Cys-SH
Cistina
oxidación
puente disulfuro
grupos tiol
libres
(covalente, estable)
reducción
• Cys polar
• SH ionizable carga ⊖
• SH reactivo
• Hidrófobo
• No reactivo
12
Aminoácidos: R polares cargados
Aminoácidos: R polares cargados
• Básicos
• Carga ⊕
• Hidrófilos: superficie
• Carga eléctrica
His: (aromático)
• pKa ≈ neutro
• Carga variable
• Catálisis ácido-base
• Ácidos
• Carga ⊖
13
Clasificaciones de aminoácidos
Clasificaciones de aminoácidos
AA esenciales
•
•
•
•
•
•
•
•
Leu
Ile
Lys
Met
Phe
Thr
Trp
Val
His
Arg
(en jóvenes)
AA no esenciales
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ala
Asp
Asn
Cys
Glu
Gln
Gly
Pro
Ser
Tyr
Taylor (1986) J.Theor. Biol. 119:205-218.
14
Aminoácidos: propiedades químicas
Aminoácidos: propiedades químicas
Nelson & Cox, 4ª Ed, p.78
15
Hidrofobicidad de aminoácidos
Hidrofobicidad de aminoácidos
 Criterio
• ΔG transferencia agua:orgánico
• aa individual (no resto)
• Escala Gly = 0 (referencia)
• Distinto a hidropatía
• No aplicable al
comportamiento en proteínas
Devlin 7e Fig. 3.22
16
Propiedades ácido base
Propiedades ácido base
 Zwitteriones
• anfóteros
• carga dependiente del pH: pI
Zwitterion
>99,9%
No ionizado
<0,1%
100%
completamente
desprotonado
% forma 
forma zwitteriónica
completamente
protonado
pH 
17
Titulación de un aa R no ionizable. pI
Titulación de un aa R no ionizable. pI
carga +1
carga 0
carga -1
 2 zonas tampón
• 2 pKa
Enrique
Castro, 2003
 punto isoeléctrico
• pH al cual carga=0
pH < pI  carga ⊕
pH > pI  carga ⊖
pI
1
pI = ⋅pKa 1pKa 2 
2
18
Titulación de un aa ácido
Titulación de un aa ácido
carga +1
carga 0
carga -1
carga -2
 3 zonas tampón
• 3 pKa
• pI ácido
1
pI = ⋅pKa1pKa−1 
2
pI
19
Titulación de un aa básico
Titulación de un aa básico
carga +2
carga +1
carga 0
carga -1
 3 zonas tampón
• 3 pKa
Enrique
Castro, 2003
• pI básico
pI
1
pI = ⋅pKa1pKa−1 
2
20
Aminoácidos proteicos modificados
Aminoácidos proteicos modificados
 Modificación pre-traduccional
• Seleno-Cys
 Modificación post-traduccional
•
•
•
•
•
HO-Pro
HO-Lys
P-Ser, P-Ther
P-Tyr
γ-carboxi-Glu
Hidroxi-Pro
Desmosina
Fosfo-Ser
Asn-N-glicosilado
γ-carboxi-Glu
21
Aminoácidos noproteicos
Aminoácidos noproteicos
D-Alanina
 Estructura
• D-aminoácidos
• β-aminoácidos
β-Alanina
 Función
• Metabolismo
• Péptidos
-aminobutírico, GABA
(neurotransmisor)
Ornitina
Ciclo de la urea
Citrulina
22
Enlace Peptídico: péptidos
Enlace Peptídico: péptidos
H2O
condensación
Enlace peptídico
covalente
estable
asimétrico: direccional
Mr(aa) ≈ 128 Da (%frecuencia)
-1 H2O
Mr (restos) ≈ 110 Da
Restos o residuos
Restos o residuos
cadenas
laterales
esqueleto
hidrocarbonado
N
C
Polímero direccional
23
Péptidos y proteínas
Péptidos y proteínas
• TRF (3)
• Oxitocina (9)
• Vasopresina (ADH) (9)
• Bradiquinina (9)
• Glucagón (29)
• ACTH (39)
• n < 50
• Mr < 6 kD (Insulina)
No
ribosomales:
Enrique
Castro, 2003 enzimático
D-aa
●ciclados
●fuertemente modificados
●
POMC: pro-opiomelanocortina
• Glutation (Glu-Cys-Gly)
antioxidante
• Antibióticos:
Glutation: Glu-Cys-Gly
oxitocita
Ribosomales: por proteolisis
 Péptidos
Vancomicina
Ciclosporina
Actinomicina
Gramicidina
• Toxinas: -amanitina
CLIP
MSH
ACTH (39)
MSH
MSH
-LPH
LPH Endorfina
 Proteínas
• mínimo: ≈40 aa (autoplegado, unión ligando)
• máximo: errores de traducción
• promedio: 200-350 aa
24
➢ Plegamiento
25
Proteínas: Niveles de organización
Proteínas: Niveles de organización
Estructura
Primaria
Estructura
Secundaria
Estructura
Terciaria
Estructura
Cuaternaria
La secuencia lineal
de aa de la cadena
polipeptídica,
incluyendo las
modificaciones
post‑ traduccionales
La estructura local
del esqueleto
peptídico, sin
considerar la
conformación de las
cadenas laterales
La estructura
tridimensional de una
cadena polipeptídica,
enfatizando las
interacciones NO locales
(en secuencia) y entre
cadenas laterales que
determinan el
plegamiento 3D
La disposición
espacial e
interacciones
entre cadenas
individuales de
una proteína
oligomérica
26
Estructura primaria
Estructura primaria
 Co-linearidad gen-proteína
• Misma direccionalidad
 Secuencia es Informativa
• Secuencia determina plegamiento: Estructura 3D
• Secuencias repetidas: modularidad
• Secuencia como señal
•
•
•
•
secuencias
secuencias
secuencias
secuencias
Calmodulina:
estructura a partir de 4
repeticiones internas degeneradas
de localización
de ubiquitinación
de reconocimiento
de glicosilación
Sec. glicosilación
Sec. localización
NLS
Sec. reconocimiento
Sec. “Señal”
Exportación RE
Sec. Ubiquitinación
vida media
Sec. fosforilación
27
Proteínas : estabilidad y desnaturalización
Proteínas : estabilidad y desnaturalización
 Desnaturalización
•
•
•
•
Proteína desnaturalizada:
Cadenas desplegadas y entrelazadas
Pérdida de estructura 3D nativa = desplegamiento
Sin rotura de Enlaces covalentes (no 1ª)
Cooperativa
Irreversible (salvo condiciones controladas)
Transición rápida:
Cooperatividad
Tm
 Desnaturalizantes
•
•
•
•
•
Calor (todos, pdh)
Extremos de pH (ionización, salinos, pdh)
solventes orgánicos
efecto hidrofóbico
detergentes
caotrópicos (urea, guanidinio·Cl) (pdh)
Proteína nativa:
Red de enlaces débiles mantiene
estructura tridimensional plegada
28
Plegamiento de proteínas: interacciones
Plegamiento de proteínas: interacciones
Energía de interacción:
• Intracatenaria
• con solvente
 Estabilidad termodinámica
• Entropía E. hidrófobo
• Interacciones intracadena
• Interacciones con agua
+
Efecto hidrófóbico
van der Waals (miles)
puentes de hidrógeno
puentes salinos
puentes disulfuro
Int. intracadena:
pdH, van der Waals
Interacciones débiles
determinan plegamiento
-
Balance energético
●
≈ 42 kJ/100 aa
●
0,42 kJ/resto (<kT)
Efecto hidrófobo:
Agua repele apolares
• Estabilidad marginal: fácil desnaturalización
• Fusión local: movilidad y flexibilidad
Solvatación de
cargas y dipolos
29
Plegamiento de proteínas: Dogma Central
Plegamiento de proteínas: Dogma Central
 El Dogma Central del plegamiento
• Secuencia determina unívocamente el plegamiento
• Estructura determina función
Estados metaestables:
varias conformaciones
Chaperonas:
enzimas de plegamiento
Evidencias
● Secuencias similares adoptan estructuras análogas
● Renaturalización espontánea (Anfinsen)
ura
nat
s
e
d
ribonucleasa desnaturalizada
re-plegada, scrambled
n
ció
liza
1º oxidación
2º diálisis
Urea 8M
-mercaptoetanol
ribonucleasa nativa
mal plegada
forma metaestable
Trazas -ME
(catálisis S-S)
ribonucleasa
desnaturalizada
desplegada
1º diálisis
2º oxidación
Renaturalización
espontánea:
Nativo es máximo
de estabilidad
ribonucleasa nativa
30
Plegamiento de proteínas: mecanismo
Plegamiento de proteínas: mecanismo
Fersh & Daggett Cell 108:573-82 (2002)
 Cinética del plegado
• Cooperativo
• Secuencial, por etapas
• Modelos complementarios
• nucleación-condensación
• colapso hidrofóbico (glóbulo fundido)
plegamiento secuencial por
retención de intermediarios correctos
Entropía, TS
•
•
•
•
Rigidez del esqueleto peptídico
Interacción de los aa con agua (E. Hidrofóbico)
Impedimentos estéricos
Interacciones entre cadenas laterales de aa
• electrostáticas
• pdH
• van der Waals
Glóbulo
fundido
Dill et al. Nature Structural Biol. 4:10-19 (1997)
Estructura Nativa
% restos bien plegados
 Determinantes del plegamiento
Energía libre, G
• Efecto hidrofóbico domina el proceso
• Est. secundaria por interacciones locales
• Estabilizadores internos:
• puentes de H
• puentes salinos
• puentes disulfuro
31
El embudo energético de plegamiento
El embudo energético de plegamiento
Proteins fold into their correct
minimal-energy configuration
because of the physicochemical
properties
of their
Enrique Castro,
2003 amino acid
sequence. Proteins fold rapidly
because amino acids interact
locally, thus limiting the
conformational space that the
protein has to explore and
forcing the protein to follow a
funnel-like energy landscape
that allows it to fold quickly.
Dobson, C. M. Protein folding and
misfolding. Nature 426, 884–890 (2003)
doi:10.1038/nature02261
Protein Misfolding and Degenerative Diseases
By: Enrique Reynaud, Ph.D. (Instituto de Biotecnologia, Universidad Nacional Autonoma de Mexico) © 2010 Nature Education
Citation: Reynaud, E. (2010) Protein Misfolding and Degenerative Diseases. Nature Education 3(9):28
32
➢ Plegamiento
33
Enlace peptídico: restricciones estéricas
Enlace peptídico: restricciones estéricas
 Estructura plana
• 6 átomos en el mismo plano
• N, CO: hibridación sp2 (triangular)
• Doble enlace parcial: rígido (ángulo )
• Dipolo permanente
• trans (=180º) > cis (=0º)
CA
formas resonantes
estabilización por resonancia
Gres= -88 kJ·mol-1
O
1.24Å
121º
125º
123º
1.46Å
1.32Å
C
114º
1.51Å
N
123º
114º
• doble enlace deslocalizado
• dipolo permanente
1.08Å
H
CA
+
Distancias y ángulos de enlace en el plano peptídico
34
E. peptídico: formas cistrans y ángulo 
E. peptídico: formas cistrans y ángulo 
 =180º
 =0º
forma trans
sin impedimento
estable
forma cis
impedimento estérico C
menos estable
imino: no existe en aa normal
impedimento estérico
con cadena lateral aa-1
peptidil-Pro
ambas formas poco estables:
interconvertible cis-trans
peptidil-Pro
35
Impedimentos estéricos Cβ: ángulos
Impedimentos estéricos Cβ: ángulos  yy 

 Esqueleto limita conformación
• Restos emparedados entre planos
• Rotación C-N: ángulo 
• Rotación C-CO: ángulo 
Enrique
Castro, 2003 por esqueleto
• Rotámeros
R

H





ángulo  fijo, rígido.
ángulos ,  muy variables
interacciones intra-esqueleto limitan ,
Interacciones con R (C) limitan aún más
C
N
C
O
C
H
C
R
H
R
Muchas combinaciones causan colisiones entre átomos: repulsión estérica
Rotámeros con ciertos valores de , son más estables que otros
 =0º, =0º
=0º, =180º
=180º,  =0º
colisión
O-O
colisión
O-HN
colisión
NH-HN
radio de vdW
=-60º, =180º
sin colisión
giro 120º
aleja CO de R
radio de vdW
36
Ángulos
Ángulos  yy 
:: Diagrama
Diagrama de
de Ramachandran
Ramachandran
energía conformacional esqueleto-C
G = (,)
Conformación permitida
G < 0
ángulo  
Sin repulsiones
C R-esqueleto
G > 0
Impedimentos estéricos C
Zona prohibida
Choque estérico
CR-esqueleto:
Energía de repulsión
ángulo  
La presencia de R limita la
flexibilidad conformacional
Gly no tiene CR: Sin impedimento.
En cualquier lugar de Ramachandran
37
Estructuras secundarias
Estructuras secundarias
 Características Est. Secundaria
• Interacciones locales, corta distancia
• Interacciones intra-esqueleto (no laterales)
• Repetitivo, regular
Enrique
Castro, 2003
de Hidrógeno
• Puentes
• Hélices
• -Hélice
• Colágeno
levo
ángulo  
 Elementos secundarios
Estructuras reales levemente
distorsionadas: más estables
dextro
• , 310, 610
• Láminas
• Hojas 
Estructuras secundarias se
hallan en las regiones más
estables de Ramachandran:
(paralelas, antiparalelas, mixtas)
• Giros
• Giros  (tipo I, tipo II)
Autoplegado espontáneo
• Giros 
lecture-03-sep09.pdf p.23
ángulo  
38
Estructuras secundarias: Hélice
Estructuras secundarias: Hélice 
 Estructura en -Hélice
• ángulos :-59º; ángulo :-47º (dextro)
• direccional: dipolos orientados
• Enlace pdH axial, n  n+4
Estructura muy estable:
plegado espontáneo
Parámetros de la hélice
● dextrógira
● paso de rosca: 0,54 nm
●
aa por vuelta: 3,6
●
giro por aa: 100º
●
avance por aa : 0,15 nm
i  i+4
i  i+4
C-terminal
0,54 nm
3,6 aa
pdH
alineados
 Estabilidad estructural
• Ángulos ,  en pozo de potencial
• Dipolos de pdH alienados
• Radio de la hélice permite interacciones de
van der Waals tranversales
• Cadenas laterales hacia fuera y escalonadas:
reduce impedimentos estéricos
0,15 nm
N-terminal
Garret & Grisham (1999)
39
Hélice : cadenas laterales
Hélice : cadenas laterales
Compacta.
Interacciones trans-axiales
Cadenas laterales
hacia afuera
Cadenas laterales
escalonadas
3,6 planos por vuelta
Hélice dextrógira
40
Hélice : secuencia y estabilidad
Hélice : secuencia y estabilidad
 Restricciones a la estabilidad
• Int. electrostática entre aa i, i+1
Cadenas laterales adyacentes:
poco espacio para ramificación
• Impedimento estérico R aa i, i+1
ramificación en C: Val, Ile, Thr
• Competición de R por pdH
polares sin carga: Ser, Asn
• Interacciones R aa i, i+3(4)
• Presencia Pro, Gly
• Estabilización dipolo terminal
⊖
⊕
aa R
R
⊕ estabilizantes
⊖ desestabilizantes
aa R
R
⊕ desestabilizantes
⊖ estabilizantes
41
Otras estructuras secundarias en hélice
Otras estructuras secundarias en hélice
Hélice 
(4,416)
Hélice2003
310
Enrique Castro,
Sin phH
cinta
n+2
n+4
n+5
Patrón de conexión de puentes de Hidrógeno
Hélice de colágeno
●
=-54º =+155º
●
levógira
● aa por vuelta: 3,3
● avance por aa : 0,29 nm
42
Estructuras secundarias: hojas 
Estructuras secundarias: hojas 
 Estructura en Hoja 
• ángulos : -120º -140º; ángulo :+113º - +135º
• esqueleto extendido
• Múltiples hebras 
• Enlace pdH intercatenario, transversal
cadenas laterales
opuestas
0,35 nm
Parámetros de la hélice
● aa por vuelta: 2
●
giro por aa: 180º
●
Hebra 
Conformación 
 Estabilidad estructural
• Ángulos ,  en pozo de potencial amplio:
distorsiones, entropía
• Cadenas laterales opuestas: mínimo
impedimento estérico
43
Tipos de láminas 
Tipos de láminas 
Parámetros
● =-139º =+135º
● avance por aa : 0,35 nm
N
C
Antiparalelas
C
N
0,70 nm
Mixtas en cualquier
disposición
Puentes H intercatenarios
0,65 nm
N
C
Parámetros
●
=-119º =+113º
●
Paralelas
N
C
44
Alabeo de láminas 
Alabeo de láminas 
Torsión de la hebra
● CO gira alejándose del R
● Torsión levógira
-25º
Vista de frente
Zona amplia. Láminas 
admiten muchas distorsiones
Vista lateral
Hexoquinasa, dominio I
Pleiotrópicas
Barril beta
en la proteína ligadora
de ácidos grasos
45
Estructura secundaria: Giros Estructura secundaria: Giros  Giros 
• 4 aa; C < 7Å
• pdH, i  i+3
• 8 tipos según conformación
Tipo I
acodamientos de cadena
enlazan hebras 
● bucles superficiales
●
Tipos II, II':
i+2 sólo Gly
●
i  i+3
 Giros 
i+1, sólo Pro
Tipo II
• 3 aa;
• pdH, i  i+2
• i+1: Pro
i  i+2
46
Probabilidad de estructura secundaria
Probabilidad de estructura secundaria
pro-hélice
● pequeños (A)
●
alifáticos sin carga (L, F)
anti-hélice; pro-lámina
●
polares (S)
● ramificados (V, I, T)
Gly: flexible, lugares prohibidos
giros
Pro: rígido
cis: giros
47
Estructura modular de proteínas
Estructura modular de proteínas
 Est. Supersecundarias / Motivos
• combinaciones de elementos secundarios
• autoplegado
• pequeños,
• no estables por si mismos
Bucle --
Esquina -
Motivo:
3. m. En arte, rasgo característico que se
repite en una obra o en un conjunto de ellas.
Mano EF
 Dominios
• Autoplegado independiente
• Estables por si mismos
Estructura modular de la Calmodulina
4 esquinas -, Manos EF
48
Estructura terciaria: conformación tridimensional
Estructura terciaria: conformación tridimensional
 Plegamiento
Definición:
La estructura tridimensional de una cadena
polipeptídica, enfatizando las interacciones NO
locales (en secuencia) y entre cadenas laterales
que determinan el plegamiento 3D
• organización de estructuras secundarias
• colapso hidrofóbico
• optimización de interacciones entre cadenas
laterales
•  resulta una estructura 3D
• estabilidad marginal; 0,4 kJ/mol/aa
Muchos elementos secundarios
Múltiples motivos
Uno o más dominios
Estructura micelar de proteínas solubles
●
●
●
●
Estructuras 3D surgen de interacciones de larga distancia (no locales)
Plegamiento dominado por AGUA
(efecto hidrofóbico)
Núcleo hidrofóbico
aa distribuidos asimétricamente
Unas interacciones en núcleo,
otras en superficie
●
●
●
100%
Int. Electrostáticas
puentes de H
Int. van der Waals
17%
16%
Homología
de secuencia
Estructura terciaria mejor conservada que la secuencia
●
mutaciones conservativas
Hemoglobina humana
(cadena ), sangre
Mioglobina humana
músculo
leghemoglobina altramuz
49
Estructura micelar de proteínas
Estructura micelar de proteínas
Mioglobina muscular de cachalote
Vista de superficie
(van der Waals)
Vista Est. secundaria
(transparente, aa internos)
pocos aa apolares
expuestos al solvente
aa apolares
enterrados
Resultado del
Efecto hidrófóbico
aa polares
en superficie
Vista en corte
(van der Waals)
Empaquetamiento compacto
● fracción de volumen 0,72-0,75
●
van der Waals
50
Interacciones terciarias
Interacciones terciarias
Int. Iónicas (puentes salinos)
● grupos cargados
● omnidireccionales
● dependiente del pH
(pKa cambia en interior)
●
En superficie
interacciones terciarias
●
●
cadenas laterales
no locales
Puentes de H
●
esqueleto/cadenas laterales
●
baja energía (estabilidad)
●
direccionales
● En superficie, en el interior
y con agua
interacciones secundarias:
locales, esqueleto
Puentes disulfuro
●
Cys
●
limita flexibilidad
●
Catalizado enzimáticamente
Fragmento de lámina  de la Lisozima
(redox)
●
Proteínas extracelulares
Int. Hidrofóbicas
●
cadenas laterales apolares
●
omnidireccionales
●
ver der Waals
●
no depende del pH
● En el interior
51
Plegamiento: Dominios
Plegamiento: Dominios
 Dominio
"Within a single subunit [polypeptide chain], contiguous portions of the polypeptide chain
frequently fold into compact, local, semiindependent units called domains." (Richardson, 1981)
Inmunoglobulina G (IgG)
● 4 cadenas (2H+2L)
● repeticiones internas
no idénticas: dominios
● Unión por p. disulfuro
Dominio tipo Ig:
Unidad independiente
de plegado
Variable:
unión a antígeno
Constante:
estructural
puentes
disulfuro
Estructura conservada
Secuencia degenerada
52
Dominios: funciones modularizadas
Dominios: funciones modularizadas
 Unión proteína-proteína
•
•
•
•
Dominios
Dominios
Dominios
Dominios
 Unión a DNA
SH2: unión fosfo-Tyr
PTB: unión fosfo-Tyr
SH3: unión poli-Pro
Death (DD): unión homotrópica
• Dom. en dedos de Zn
• Dom. cremalleras de Leucina
• Homeodominios
Función de proteína =
Suma de funciones de sus
dominios
 Unión a membrana
• Dominios PH: unión a PIP (membrana)
• Dominios C2: unión a PS (membrana)
 Catalíticos (u. al sustrato)
• Dom. quinasa (S/T, Y)
• Dom. GTPasa
53
Dominios proteicos: ejemplos
Dominios proteicos: ejemplos
Constante:
estructural
péptido pY
PIP
Dominio SH2:
Dominio PH:
Unión a fosfo-Tyr
Unión a PIP
Unión a
diana DNA
Leu:
dimerización
D. Cremallera de Leu
Unión a DNA
Zn une la
estructura
hélice de
reconocimiento
de DNA
D. Dedo de Zinc
Unión a DNA
54
Estructura cuaternaria
Estructura cuaternaria
 Ensamblaje de subunidades
• vía enlaces no covalentes (raramente -S-S-)
• Homo/heterotrópico
• proteínas solubles / estructuras macromoleculares
Definición:
La disposición espacial e interacciones
entre cadenas individuales de una
proteína oligomérica
Interacciones cuaternarias
-8
-16
● K típicas: 10 -10
M
d
asoc
● G
≈50-100 kJ/mol
● Entropía por ordenamiento de cadenas
(desfavorable)
●
(muy favorable, y vdW)
interacciones
no covalentes
puentes
disulfuro
Entropía por ocultamiento de apolares
Ventajas de la estructura oligomérica
● Estabilidad: reducción ratio S/V
(ocultamiento de hidrofóbicos)
●
Economía y eficiencia genéticas
(síntesis rentable, reusabilidad)
Inmunoglobulina G (IgG)
● 4 cadenas (2H+2L)
●
Unión por p. disulfuro
●
●
●
Reunión de sitios catalíticos: eficacia
Cooperatividad: respuestas todo o nada
Alosterismo: regulación
(HH y LH)
55
➢ Plegamiento
56
Plegamiento asistido: chaperonas
Plegamiento asistido: chaperonas
 Familia Hsp70/Hsp90: chaperonas
• Bajo Mr
• Unión a zonas hidrofóbicas
• Previene agregación/plegamiento prematuro
• HSP70 ubicuo (citosol/RE)
• HSP 90 (citosólico)
Chaperona Hsp70/Hsp90
 Familia Hsp60: chaperoninas
• Complejo macromolecular: cavidad de plegado
• Plegamiento asistido (catálisis)
• ATPasas: plegado ATP-dependiente
 Enzimas coadyuvantes (RE)
• Proteína disulfuro isomerasa (PDI)
• Peptido-Prolil cis-tras isomerasa (PPI)
Chaperonina Hsp60
(exclusivo citosol)
57
Plegamiento catalizado por GroEL/GroES
Plegamiento catalizado por GroEL/GroES
Catálisis del plegamiento
● plegado en recinto cerrado
● restringir la libertad
conformacional
Gasto de ATP
inversión de G
para aumentar S
58
Estructura y función de GroELGroES
Estructura y función de GroELGroES
59
Problemas de plegamiento: amiloides
Problemas de plegamiento: amiloides
Conformación alternativa
Agregación espontánea
Formación de fibras
60
Problemas de plegamiento: priones
Problemas de plegamiento: priones
 Estados metaestables
• Conversión
• polimerización
conformaciones alternativas
interconvertibes
irreversible
PrP
• asociación
• polimerización
• fibrilogénesis
PrPsc
daño
celular
Sección de cortex cerebral
Encefalopatía espongiforme
Creutzfeldt-Jakob
Conversión inducida de PrP endógena
61

Proteínas - Departamentos

Transcripción

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