FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

1. FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES DEPARTAMENTO DE QUIMICA BIOLOGICA BIOQUIMICA AVANZADA UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

2. La música que están escuchando corresponde a la proteína beta-globina… ¿Cómo podemos relacionar una melodía con una secuencia proteica? ¿Qué tienen en común?

3. TEMA I PARTE I: LA CONFORMACION DE LAS MACROMOLECULAS BIOLOGICAS

4. PROTEINAS

5. ¿Por qué estudiar a las proteínas?

6. Llevando el drama de la vida a una escala molecular, las proteínas se encuentran donde está la acción…

7. Cumplen una infinidad de papeles en los procesos vitales: -Proteínas estructurales -Proteínas catalíticas -Proteínas de transporte -Proteínas de almacenamiento -Proteínas regulatorias -Proteínas del sistema inmune

8. La contraparte tridimensional de la determinación de la secuencia genómica, la resolución de todas las estructuras proteicas en un organismo, se conoce como genómica estructural.

9. Conocidas las secuencias y las estructuras de todas las macromoléculas en un organismo, tenemos un conocimiento completo pero estático de los componentes de un objeto viviente… El paso siguiente será conocer cómo estos componentes se ensamblan y cómo se integran las funciones individuales. Esto es lo que se conoce como el proyecto proteoma.

10. Este conocimiento, permitirá emprender tareas científicas, tales como: -Interpretación del mecanismo de acción de proteínas individuales. -Aproximación al problema del plegamiento proteico. -Patrones de evolución molecular. -Predicción de la estructura de proteínas altamente relacionadas: modelado por homología. -Ingeniería de proteínas. -Diseño de drogas.

11. Niveles de estructura en las macromoléculas biológicas.

12. Ciertos términos pueden llevar a interpretaciones ambiguas si se utilizan en forma indiscriminada: -Subunidad -Región -Residuo -Molécula -Dominio

13. Los residuos monoméricos individuales que forman las proteínas son los aminoácidos y poseen una estructura atómica conocida. Puede definirse la identidad de cada átomo

14. La configuración de un residuo monomérico es su estructura atómica, incluyendo la estereoquímica conocida de sus centros asimétricos.

15. La conformación es una descripción más completa e incluye lo que se conoce acerca de las orientaciones preferidas de los grupos, capaces de movimiento por rotación interna.

16. Una estructura primaria es el orden secuencial de los residuos. Los términos secuencia y estructura primaria pueden intercambiarse y son idénticos para todo polímero de cadena simple y sin entrecruzamientos.

17. La estructura secundaria de un biopolímero se define como una enumeración de las regiones particulares de la estructura primaria, involucradas en cualquier tipo de hélice (a-hélice o lámina plegada). Los residuos que no están involucrados en alguna de ellas se dice que tienen estructura aleatoria.

18. La estructura terciaria es la estructura tridimensional completa de una unidad efectivamente indivisible. Para una proteína, esta unidad es una especie covalente singular, ya sea que contenga un único polipéptido o más de uno, unidos por entrecruzamientos covalentes.

19. El término conformación se utiliza como sinónimo de estructura terciaria, porque si uno conoce la conformación (por ejemplo los ángulos de rotación alrededor de todos los enlaces simples de un polímero), uno también conoce la estructura terciaria.

20. El nivel más complejo de estructura a considerar es la estructura cuaternaria. Está formada por la asociación no covalente de unidades independientes con estructura terciaria (subunidades). Las subunidades en una estructura cuaternaria pueden o no ser idénticas y su disposición espacial puede o no ser simétrica.

22. ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS

23. Las proteínas son polímeros conteniendo un esqueleto o cadena principal de unidades repetitivas, los péptidos, con una cadena lateral unida a ellos.

24. Los aminoácidos Las proteínas naturales contienen un repertorio básico de 20 aminoácidos. Todos, excepto la glicina, poseen un carbono asimétrico y las proteínas contienen el isómero L.

26. Los aminoácidos y sus códigos de tres y una letra: Glicina Gly G Alanina Ala A Serina* Ser S Treonina* Thr T Cisteína Cys C Valina Val V Isoleucina Ile I Leucina Leu L Prolina Pro P Fenilalanina Phe F Tirosina* Tyr Y Metionina Met M Triptofano* Trp W Pequeño *puede formar uniones puente de H o puente salino con las cadenas laterales. Hidrofóbico, tamaño medio o grande

27. Asparragina* Asn N Glutamina* Gln Q Histidina* His H Acido aspártico* Asp D Acido glutámico* Glu E Lisina* Lys K Arginina* Arg R Polar. Acídico, cargado negativamente Básico, cargado positivamente

28. Efecto hidrofóbico: La hidrofobicidad de un aminoácido es una medida de la interacción termodinámica entre la cadena lateral y el agua. Las cadenas laterales hidrocarbonadas, tales como las de la leucina y fenilalanina, interactúan desfavorablemente con el agua, tal como el aceite en el condimento de la ensalada. Así como la mezcla de aceite y agua se separa espontáneamente en dos fases, existe una tendencia de las cadenas laterales hidrofóbicas de secuestrarse en el interior de una proteína, lejos del contacto con el agua. Este efecto hidrofóbico provee un componente importante de la fuerza que impulsa el plegamiento proteico.

29. Escala de hidrofobicidad de aminoácidos

30. Plegamiento proteico Cualquier posible conformación de la cadena polipeptídica de una proteína, coloca diferentes combinaciones de residuos en proximidad. Las interacciones de las cadenas laterales y de la cadena principal, entre ellas, con el solvente y con ligandos, determina la energía de la conformación. Las proteínas han evolucionado de forma que un patrón de plegamiento de la cadena, produce un arreglo de interacciones que es significativamente más favorable que todos los otros. Es el conocido como estado nativo.

32. La formación de un estado nativo es una propiedad global de la proteína. En la mayoría de los casos, se necesita la proteína entera (o, al menos, una gran parte) para la estabilidad. Esto se debe a que muchas de las interacciones estabilizantes involucran partes de la proteína que están muy distantes en la cadena polipeptídica, pero próximas en el espacio por el plegamiento.

33. Las proteínas son marginalmente estables y adquieren estabilidad solamente dentro un rango restringido de condiciones de solvente y temperatura. Pasemos estos límites y las proteínas perderán su estructura compacta definida, sus hélices y láminas plegadas. La energía libre de estabilización de proteínas, en condiciones ordinarias, es de alrededor de 20-60 kJ.mol-1 (5-15 kcal.mol-1).

34. Los variados mecanismos homeostáticos, mediante los cuales el medio ambiente interno de nuestros cuerpos se mantiene a una temperatura, concentración salina y acidez relativamente constantes, son esenciales para la salud aunque más no fuese porque las proteínas perderían la eficacia en sus funciones si cualquiera de esas condiciones se apartase de los límites.

35. Caminos del plegamiento proteico No es suficiente que la conformación de una proteína sea estable; la proteína debe ser capaz de encontrarla, en un tiempo corto, partiendo de un estado desnaturalizado que se caracteriza por una población al azar de conformaciones no plegadas. Un camino de plegamiento está construido dentro de la estructura por la selección natural, así como el estado nativo. Muchas veces no se puede conocer la naturaleza de este camino, por la dificultad de aislar los estados intermediarios.

37. ANALISIS CONFORMACIONAL Y FUERZAS QUE DETERMINAN LA ESTRUCTURA PROTEICA.

38. Las estructuras proteicas dependen de una variedad de fuerzas químicas para su estabilidad y para su afinidad y especificidad hacia los ligandos.

39. Uniones químicas covalentes y coordinadas. Por ejemplo, puentes disulfuro entre aminoácidos cisteína. Iones metálicos son parte integral de las estructuras de muchas proteínas o, sin estar unidos directamente a la proteína, forman parte de un ligando más grande.

40. Uniones puente de hidrógeno. Los átomos polares en las proteínas forman puentes de hidrógeno con el agua en el estado no plegado. En el estado plegado, el potencial de formación de puentes de hidrógeno de los átomos “enterrados” en el interior de la proteína debe satisfacerse, de alguna manera. La cadena principal, conteniendo los grupos peptídicos, debe pasar a través del interior y algunas cadenas laterales polares son, también, “enterradas”. Estas pierden, por lo tanto, sus interacciones con el agua. Para recuperar la energía, los átomos polares “enterrados”, forman uniones puente de hidrógeno proteína-proteína.

41. Efecto hidrofóbico Para que las proteínas puedan adoptar sus estados nativos en un medio ambiente acuoso, los residuos hidrofóbicos se congregan en el interior y los residuos cargados se encuentran en la superficie. El área superficial accesible de la proteína, calculable a partir de un conjunto de coordenadas atómicas, da una medida de la interacción termodinámica entre la proteína y el agua.

43. Fuerzas de van de Waals y empaquetamiento denso del interior proteico. El empaquetamiento de los átomos en el interior proteico contribuye de dos maneras a la estabilidad de la estructura. Una es la exclusión de átomos no polares del contacto con el agua (efecto hidrofóbico). La otra es la fuerza de atracción entre los mismos átomos proteicos.

44. Area superficial accesibe y enterrada F.M. Richards desarrolló, por primera vez, una aproximación geométrica al análisis de estructuras proteicas. Definió el área de la superficie molecular accesible a una molécula de agua (modelada como una esfera de radio igual a 1.4 Å) y la densidad de empaquetamiento de los átomos en el interior proteico.

45. Algunas regularidades incluyen: 1- Calibración básica. Cada Å2 de área superficial enterrada contibuye 105 J (25 cal) de energía libre de estabilización. 2- El área superficial accesible (ASA) de proteínas monoméricas de hasta 300 residuos, varía como la potencia 2/3 del peso molecular: ASA= 11.1 M2/3. 3- La formación de proteínas oligoméricas a partir de monómeros, entierra una superficie adicional de 1000-5000 Å2. Valores menores caracterizan a proteínas para las que el monómero es estable aislado; valores superiores caracterizan proteínas en las que la asociación debe estabilizar la estructura de los monómeros, así como también el complejo.

46. 4- Naturaleza del área enterrada. El porcentaje de superficie accesible al solvente, en proteínas monoméricas (el exterior proteico) es, aproximadamente, 58% no polar (hidrofóbico), 29% polar y 13% cargado. La superficie enterrada, promedio, de proteínas monoméricas (el interior proteico) es, aproximadamente, un 60% no polar (hidrofóbico), 33% polar y 7% cargado. Muchos esperan una gran superficie hidrofóbica enterrada y se sorprenden ante cuán grande es el área hidrofóbica exterior. De hecho, el mensaje acerca de la diferencia entre la superficie y el interior es que las proteínas casi nunca “entierran” grupos cargados.

47. Las conformaciones de los esqueletos polipeptídicos pueden ser descriptos por sus ángulos de torsión.

48. Debe recordarse que el esqueleto de una proteína es una secuencia de grupos peptídicos planares y rígidos.

49. Rotación alrededor de la unión Ca-C Rotación alrededor de la unión Ca-N

50. Conformaciones estéricamente prohibidas, son aquellas en las que cualquier distancia interatómica, fuera de la unión, es menor que su correspondiente distancia de van der Waals.