ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS

PROTEÍNASEsteban Osorio Cadavid, PhD.

Departamento de Biología

Sección de Genética

LAS PROTEÍNAS

Desempeñan un papel crucial en casi todos los procesos biológicos:

1. Catálisis enzimática: virtualmente todas las reacciones químicas en los sistemas biológicos son catalizadas por macromoléculas específicas llamadas enzimas. Todas las enzimas son proteínas.

2. Transporte y almacenaje: Muchas moléculas pequeñas y iones son transportadas por proteínas. hemoglobina (transporta O2 en los eritrocitos), mioglobina (transporta O2 en los músculos). Transferrinas, ferritinas.

3. Movimiento coordinado: Las proteínas son los mayores componentes de los músculos. El movimiento de los cromosomas durante la mitosis y los de propulsión de esperma por medio de flagelos, también se producen por ensamblajes contráctiles de tipo proteico.

4. Soporte mecánico: la enorme fuerza de tensión de la piel y el hueso se debe a la presencia del colágeno, una proteína fibrosa.

5. Protección inmune: los anticuerpos son proteínas altamente específicas que reconocen y se combinan con substancias extrañas tales como los virus, las bacterias y las células de otros organismos.

6. Generación y transmisión de los impulsos nerviosos: las respuestas de las células nerviosas a estímulos específicos depende de la presencia de receptores proteicos. Rodopsina receptor proteico en los bastoncitos de la retina.

7. Control del crecimiento y la diferenciación: El control secuencial de la expresión de la información genética es imprescindible para el crecimiento y la diferenciación de las células.

CLASIFICACIÓN DE LA S PROTEÍNAS POR SU FUNCIÓN

BIOLÓGICATipos y ejemplos Localización y

control

Enzimas

Hexoquinasa Fosforila glucosa

Lactato-deshidrogenasa deshidrogena lactato

Citocromo C transfiere electrones

DNA – polimerasa replica y repara al DNA

Proteínas de reserva

Ovoalbúmina proteína de la clara de huevo

Caseína proteína de la leche

Ferritina proteína de hierro en el bazo

Gliadina proteína de la semilla de trigo

Ceína proteína de la semilla de maíz

Proteínas transportadoras

Hemoglobina transporta O2 en la sangre de los vertebrados

Hemocianina transporta O2 en la sangre de los invertebrados

Mioglobina transporta O2 en el músculo

Seroalbúmina transporta ácidos grasos en la sangre

-lipoproteína transporta lípidos en la sangre

Globulina que liga hierro Transporta Fe en la sangre

Ceruloplasmina transporta Cu en la sangre

Proteínas contráctiles

Miosina filamentos estacionarios en las miofibrillas

Actina filamentos móviles en las miofibrillas

Dineína cilios y flagelos

Proteínas protectoras en la sangre de vertebrados

Anticuerpos forman complejos con proteínas extrañas

Complemento complejos con sistemas antígeno-anticuerpo

Trombina componente del mecanismo de coagulación

Fibrinógeno precursor de la fibrina en la coagulación sanguínea

Toxinas

Toxina de Clostridium botulinum origina envenenamiento de los alimentos

Toxina diftérica toxina bacteriana

Venenos de serpientes enzimas que hidrolizan fosfoglicéridos

Ricina proteína tóxica de la semilla de ricino

Gosipina Proteína tóxica de la semilla de algodón

HormonasInsulina regula el metabolimo de la glucosa

Hormona adrenocorticotrópica regula la síntesis de corticoesteroides

Hormona de crecimiento estimula el crecimiento de los huesos

Proteínas estructuralesProteínas de recubrimiento viral cubierta alrededor del cromosoma

Glucoproteínas recubrimientos celulares y paredes

-queratinas piel, plumas, uñas, pezuñas

Esclerotina exoesqueletos de los insectos

Fibroína seda de los capullos, telarañas

Colágeno tejido conectivo fibroso (tendón, hueso, cartílago)

Elastina tejido conectivo elástico (ligamentos)

Mucoproteínas secreciones mucosas,fluido sinovial

LAS PROTEÍNAS ESTÁN FORMADAS DE AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos son las unidades estructurales básicas de las proteínas.

Un aminoácido consta de: un grupo amínico, un grupo carboxílico, un átomo de H y un grupo distintivo “R” enlazado al átomo de Carbono que se llama el carbono .

• Los aminoácidos en disolución a pH neutro, son predominantemente iones bipolares (Zwitteriones) en vez de moléculas no iónicas.

• En la forma bipolar de un aminoácido, el grupo amino está protonizado (-NH3

+) y el grupo carbonilo está disociado (-COO-)

El estado de ionización de un aminoácido varía con el pH

Curva de valoración del ácido aspártico

• El agrupamiento tetraédrico de 4 grupos diferentes alrededor del carbono confiere actividad óptica a los aminoácidos.

• las 2 formas especulares objeto imagen se llaman isómeros L e isómeros D.

• la letra L indica la configuración absoluta basada en la relación del aminoácido con el D y L Gliceraldehido. La designación D ó L no indica la dirección en la cual una solución del compuesto hace girar el plano de la luz polarizada. Esta se designa por las minúsculas d ó l, y varía de un aminoácido a otro.

• Veinte tipos de cadenas laterales diferentes que varían en tamaño, forma, carga, capacidad de enlace de hidrógeno y reactividad química, se encuentra comúnmente en las proteínas.

• 1. Cadenas laterales hidrocarbonadas: Glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina y la prolina.

• 2. Cadena lateral con un radical hidroxílico alifático: serina y treonina.

• 3. Cadena lateral aromática: fenilalanina, tirosina y el triptófano.

• 4. Grupo R cargado positivamente a pH neutro: lisina, arginina e histidina.

• La lisina y arginina están positivamente cargadas a pH neutro,

• mientras que la histidina o bien está cargada positivamente o es neutra, según las circunstancias ambientales locales.

• 5. Cadenas laterales negativamente cargadas: son las del ácido glutámico y el ácido aspártico.

• Estos aminoácidos se llamarán glutamato y aspartato, para acentuar el hecho de que están negativamente cargados a pH fisiológico.

• 6. Cadenas laterales amídicas: los derivados no cargados del glutamato y el aspartato son la glutamina y la asparragina.

• Cada uno de los cuales contiene un grupo terminal amida, en lugar de un grupo carboxílico.

• 7. Cadenas laterales que contienen azufre: metionina y cisteina.

OTROS

Colágeno-Escorbuto

Protrombina-hemorragias

Enzimas (Acción)

Curva de valoración del ácido aspártico

Aminoácido Símbolo de tres letras Símbolo de una letraAlanita Ala A

Arginina Arg R

Asparragina Asn N

Acido Aspártico Asp D

Cisterna Cys C

Glutamina Gln Q

Acido Glutámico Glu E

Glicina Gly G

Histidina His H

Isoleucina Ile I

Leucina Leu L

Lisina Lys K

Metionina Met M

Fenilalanina Phe F

Prolina Pro P

Serina Ser S

Threonina Thr T

Triptófano Trp W

Tirosina Tyr Y

Valina Val V

Asparragina o Acido aspártico Asx B

Glutamina o Acido glutámico Glx Z

Los aminoácidos se unen por enlaces peptídicos para formar cadenas polipeptídicas.

• En las proteínas el grupo -carboxilo de un aminoácido se une al grupo -amínico de otro aminoácido por medio de un enlace peptídico (enlace amínico).

• La formación de un dipéptido a partir de dos aminoácidos libera una molécula de agua, el equilibrio de esta reacción queda desplazado hacia la hidrólisis en vez de hacia la síntesis.

• Muchos aminoácidos vienen unidos por enlaces peptídicos para formar una cadena polipeptídica, que es una estructura no ramificada.

• Una unidad de aminoácido en una cadena polipeptídica se llama residuo.

• Las cadenas polipeptídicas tienen dirección porque sus elementos constructores tienen extremos diferentes, es decir, los grupos alfa-amino y alfa-carboxilo.

• El primer aminoácido de la cadena polipeptídica (extremo amínico), se toma como el comienzo de la cadena polipeptídica; y el último como el extremo carboxilico, por convención.

Enlace disulfuro

• Un puente o enlace disulfuro (-S-S-) se forma a partir de los grupos sulfhidrilos (-SH) de dos residuos de cisteína.

• El producto es un residuo de cistina.

• No existen normalmente, otros enlaces cruzados covalentemente entre las proteínas.

CONFORMACIÓN DE LAS CADENAS POLIPEPTÍDICAS

• Una característica espectacular de las proteínas es que poseen estructuras tridimensionales bien definidas.

• Una proteína (o una cadena polipeptídica) estirada o más o menos organizada al azar no tiene actividad biológica.

• La función de una proteína nace de la conformación, que es la organización de los átomos de manera tridimensional en una estructura.

• La secuencia de los aminoácidos de una proteína es importante, porque especifica la función de las proteínas.

• En los últimos años de la década de los 30´, Linus Pauling y Robert Corey, iniciaron los estudios cristalográficos por rayos X de la estructura precisa de los aminoácidos y péptidos.

La unidad peptídica es rígida y plana

• Puede adquirir dos configuraciones posibles:

• Siendo favorecida la forma trans

El grupo peptídico es plano porque el enlace Carbono-Nitrógeno tiene un carácter parcial de doble enlace.

Unidad rígida

• No existe libertad de rotación alrededor del enlace entre el átomo de carbono carbonílico y el átomo de nitrógeno de la unidad peptídica,

• la longitud de este enlace es de 1.32Å, longitud intermedia entre la del enlace sencillo C–N (1.45Å) y la del doble enlace C=O (1.24Å)

• Como contraste, el enlace entre el átomo de carbono y el átomo de carbono carbonílico es un enlace sencillo puro.

• El enlace entre el átomo de carbono y el átomo de Nitrógeno, es también un enlace sencillo puro.

• Como consecuencia, existe un enorme grado de libertad rotacional alrededor de estos enlaces a cada lado de la unidad peptídica rígida.

• Las rotaciones alrededor de estos enlaces se designan por los ángulos (psi) y (phi).

La conformación de la cadena principal del polipéptido está definida completamente cuando y se conocen para cada uno de los residuos de aminoácidos.

(Psi) se refiere a la rotación alrededor del enlace

sencillo C --C.

(Phi) se refiere a las rotaciones de los enlaces simples

C --N.

Niveles de Estructuración en la arquitectura de las proteínas

1. Estructura primaria es simplemente la secuencia de aminoácidos y la localización de los enlaces disulfuro, si existe alguno.

2. Estructura secundaria: se refiere a las relaciones estéricas de los residuos de aminoácidos que están próximos unos a otros en la secuencia lineal. La hélice , la hoja plegada , y la hélice de colágeno son ejemplos de estructuras secundarias (relaciones estéricas de tipo regular, lo que da lugar a una estructura periódica).

3. Estructura terciaria: se refiere a las relaciones estéricas de los residuos de aminoácidos que están muy distanciados en la secuencia lineal.

4. Estructura cuaternaria: la poseen aquellas proteínas que contienen más de una cadena polipeptídica y se refiere a la forma en la cual las cadenas están empaquetadas entre sí. Cada cadena polipeptídica de este tipo de proteínas es lo que se llama subunidad o un monómero.

• Dominio se refiere a una unidad compacta, globular de la estructura proteica.