Las Proteínas

Ing. Rafael Espinoza

Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE

Biotecnología

Las Proteínas

Son biopolímeros de peso molecular elevado, constituidos por largas cadenas de residuos de aminoácidos unidos entre si por enlaces peptídicos, son las moléculas orgánicas más abundantes

Existen gran cantidad de proteínas cada una de ellas con funciones biológicas diferentes (soporte estructural, transporte, almacenamiento, catalizadores y protección inmunológica,)

Composición

Composición de las Proteínas

C, H, N, O S P, Fe, Zn, Cu Constituidas por -aminoácidos

Aminoácidos Biomolécula que posee un grupo carboxilo y

un grupo amino Las proteínas están constituidas por

aminoácidos Los principales son 20 El carbono es tetraédrico y es un centro

quiral Como resultado de esto se forman estéreo

isómeros

Fórmula General de un Aminoácido

Carbono Tetraédrico

Aminoácidos enantioméricos

Los aminoácidos protéicos son exclusivamente L_aminoácidos

Las células sitentizan solamente aminoácidos L

Las reacciones de los amonoácidos son estéreo-específicas

Aminoácidos (2)

Los estéreo isómeros en solución presentan actividad óptica

Los aminoácidos tienen alto punto de fusión y son solubles en agua

En pH fisiológico existen en forma de zwiteriones

Zwiteriones

Clasificación de los Aminoácidos

Grupo I: Cadena lateral no polar Grupo II: Cadena lateral aromática Grupo III: Cadena lateral polar sin carga Grupo IV: Cadena lateral ácida Grupo V: Cadena lateral básica

Grupo I: R no polar

Los aminoácidos de este grupo tienen cadenas con grupos alifáticos

Son hidrofóbicos, insolubles en agua Baja reactividad química Algunas son solubles en agua (en sentido

descendente de solubilidad)

Grupo I: Glicina (ne)

H C

H

NH3+

COO_

Grupo I: Alanina (ne)

H3C C

H

NH3+

COO_

Grupo I: Valina (e)

CH C

H

NH3+

H3C

H3CCOO

_

Grupo I: Leucina (e)

C

H

N H 3+

COO_

CH

H 3C

H 3CCH 2

Grupo I: Isoleucina (e)

H3C CH2

CH3

C

H

NH3+

COO_

CH

Grupo I: Metionina (e)

H3C C

H

NH3+

COO_

CH2S

Grupo II: R Aromático

Los aminoácidos de este grupo tienen cadenas con grupos aromáticos

Son relativamente hidrofóbicos, insolubles en agua

Reactividad química relativamente baja

Grupo II: Tirosina

CH2 C

H

NH3

COO_

C CCC C

CHO

Grupo II: Triptófano (e)

C

H

NH3

+

COO_

C

CHN

CH2

CC

CC

C

C

HH

H

H

H H

Grupo II: Fenialanina (e)

CH2 C

H

NH3

COO_

C CCC C

C

Grupo III: R Polar sin carga

La cadena contiene al menos un átomo de N, O ó S, con los que forma puentes

Cuando posee grupos –SH puede formar enlaces disulfuro

Son relativamente hidrofílicos, solubles en agua, debido a que forman puentes hidrógeno. (descendente en solubilidad)

Grupo III: Serina (ne)

HO CH2 C

H

NH3+

COO_

Grupo III: Prolina (ne)

C

C_

OO

H

H2

CH2C

H2C

2HN

+

Grupo III: Treonina (e)

H3C

H

C

H

NH3+

COO_

CH

OH

Grupo III: Cisteína

HS C

H

NH3+

COO_

CH2

Grupo III: Asparagina

CH C

H

NH3+

H2N

COO_

O

Grupo III: Glutamina

CH C

H

NH3+

H2N

COO_

OCH2

Grupo IV

La cadena tiene un grupo carboxilo Se encuentran ionizado a Ph fisiológico Son hidrofílicos y solubles.

Grupo IV: Ac. Aspártico

CH C

H

NH3+

–O

COO_

OCH2

Grupo IV: Ac. Glutámico

CH C

H

NH3+

–O

COO_

OCH2CH2

Grupo V

La cadena lateral es básica Son hidrofílicos

Grupo V: Lisina

H3+N CH2 C

H

Nh3+

COO_

CH2CH2

Grupo V: Arginina

H2N CH2 C

H

NH3+

COO_

CH2C NH CH2

NH2+

Grupo V: Histidina

C

H

NH3+

COO_

C

HNCH

CH2C

NH2

Disociación de la Alanina

Los aminoácidos en solución se encuentran como iones dipolares

Ésta es la razón de su alto punto de ebullición, constante dieléctrica y momento polar,

Éstos iones híbridos tienen propiedades anfóteras

Valoración de la Glicina

Desde su forma completamente protonada la Gli se comporta como un ácido diprótico (dibásico)

ValoraciónAlanina

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 0.5 1 .0 1 .5 2 .0

H N CHRCOOH3+

H N CHRCOOH3+

H NCHRCOO3–

pK =2,341

H N CHRCOO3+ –

H N CHRCOO3+ –

H NCHRCOO2–

pK =9,691

H NCHRCOO2–

pH

Eq uiva lentes O H–

pH =6,02I

H&H y pK

Deduzca la expresión de pK

Enlace Peptídico

Se produce al eliminar una molécula de agua entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo –amino de otro

R= H– G licina

R= CH – A lanina3

R= HO –CH – Serina2

R= –CH – Fenil a lanina2

Glicil alanil seril fenilalanina

H–

–CH 3

HO –CH –2

–CH –2

El enlace peptídico es una amida sustituida

Es una reacción de condensación

El ejemplo es un dipéptido Se puden formar tripéptidos,

oligopéptidos, polipéptidos (protéinas)

Esquema de una Proteína

Am ino á c id osPhe

Le uSe r

C ysC CO O H

N H 2

H

R

Trabajo en clase

Realice una análisis de la valoración del ácido glutámico.

pK1: 2,19

pK2: 4,65

pKR: 9,67

Seril-glicil-tirosil-alanil-leucina

Izq: aminoterminal Der: Carboxiterminal Sombreado: enlace

peptídico Rojo: Grupo R

? Este tetrapéptido

se comporta como un aminoácido tetraprótico

Cúal sería su pHI?

Los enlaces peptídicos se hidrolizan en medio ácido

La cantidad de cada AA es propio de cada proteína

La hidrólisis ácida debe complementarse

Clasificación de acuerdo a su composición

Simples: Por hidrólisis producen solamente aminoácidos Normalmente están constituídas por 50% C, 7% de

H, 23% de O, 16% de N y de 0-3% de S. Conjugadas:

Por hidrólisis producen además otros componentes orgánicos o inorgánicos (grupo prostético) Nucleo-proteínas y lipo-proteínas Fosfo-proteínas Métalo-proteína Gluco-proteínas

A diferencia de las proteínas simples las proteínas conjugadas contienen grupos diferentes llamados grupo prostético

Algunas Proteínas Conjugadas

Tipo Grupo ProstéticoLipoproteínas

1 Lipoproteínas del plasma s. Fosfolípidos, colesterol

Glucoproteínas -globulinas Hexosamina, galactosa,

manosa, ácido siálicoFosfoproteínas Caseína Fosfato esterificado

Hemoproteínas Hemoglobina Ferroprotoporfirina

Metalproteínas Aminoacilasa Zn

Tamaño

Desde 5000 hasta 1´000.000 Algunas forman dímeros y polímeros Cada cadena peptítidica puede estar

formada de 100 a 300 aminoácidos

Pesos Moleculares de Algunas Proteínas

ProteínaPeso

MolecularNº de

cadenas

Insulina (bovina) 5700 2

Lisozima (clara de huevo) 13900 1Quimotripsinógeno (páncreas bovino) 23200 1

Hemoglobina 64500 4

Aminoacilasa 90000 2

Triptofano sintetasa 159000 4

Glucógeno fosforilasa (hígado de buey) 370000 4

Glutamina sistetasa (E. Coli) 592000 12

Clasificación de Acuerdo a su Conformación

Fibrosas Globulares

Toda molécula protéica posee en su estado nativo una forma tridimensional característica conocida como “conformación”

Proteínas Fibrosas

Cadenas ordenadas a lo largo de un eje formando fibras o láminas

Son insolubles en agua y son físicamente resistentes

Son elementos estructurales del tejido conjuntivo en los animales superiores (ej. Colágeno, queratina)

Proteínas Fibrosas

Estructura del Cabello

Proteínas Globulares

Formada por cadenas polipeptídicas plegadas que forman formas esféricas

Las enzimas, las proteínas de transporte, anticuerpos y hormonas son casi todas globulares

Son solubles en agua

Proteínas Globulares

Estructura de las Proteínas

Primaria Secundaria Terciaria Cuaternaria

Estructura Primaria

Se refiere al esqueleto covalente de la cadena y establece de modo específico la secuencia de residuos aminoácidos

Estructura secundaria

Las cadenas polipeptídicas forman pliegues para formar estructuras estables

Los 2 tipos de estructuras secundarias más importantes son la hélice y la lámina

Los pliegues secundarios se forman en regiones de la gran cadena polipeptídica pudiendo repertirse varias veces.

Hélice Está formada por un esqueleto polipetídico

estrechamente enrrollado Las cadenas laterales R se extiende hacia

fuera de la cadena principal Las principales interacciones que

mantienen la hélice son los puentes hidrógenos entre los grupos NH y el grupo C=O

La Gly y Pro no favorecen la formación de hélices

Hélice

H

H

C

O

N

C

O

HN

H

C

O

N

C

O

N H

C

O

NH

C

O

NH

C

O

N

0.54 nm 3,6 residuosPor vuelta

Hélice Dextrógira

Laminas La cadena polipeptídica está casi totalmente

extendida Los puentes H mantienen la lámina Tienen la Los puentes H pueden formarse

dentro de la misma cadena o entre varias cadenas

Si las cadenas corren en la misma dirección son paralelas si van en forma inversa son antiparalelas

La Gly y la Pro favorecen la formación de la lámina

Lámina antiparalela

C C N C C N

C N C C N C

O O

O O

CNCCNC

O

H H

H H

CCNCCN

HH

HH O

O

O

Lámina paralela

CNCCNC

O

CCNCCN

HH

HH O

O

O

CNCCNC

O

CCNCCN

HH

HH O

O

O

Lamina

Estructura Terciaria

Define las posiciones de todos los átomos de la estructura protéica, incluyendo las cadenas laterales R

Es consecuencia de la combinación de varios arreglos estructurales secundarios en un solo arreglo compacto

Las fuerzas estabilizadoras son las interacciones hidrófobas entre cadenas laterales no polares y los puentes disulfuro

Estructura Terciaria

Enlaces disulfuro en la Ribonucleasa

1. La E3 está determinada por la estructura primaria

2. La función de una proteína esta determinada por su E3

3. Una proteína aislada adopta una única forma estructural

4. Las fuerzas más importantes que estabilizan la E3 son no covalentes

5. La conformación espacial estable de una proteína funcional se denomina estructura nativa

6. La E3 de una proteína puede ser asistida

Estructura Cuaternaria

La estructura cuaternaria define el arreglo y posición de cada subunidad en una proteína oligomérica

Las subunidades de una proteína oligomérica pueden iguales o distintas

Iguales o en grupos (protoméricas) Muchas unidades diferentes (multiméricas) Los puentes disulfuro mantienen la

estructura cuaternaria

Estructura cuaternaria bi-dimérica

Separación y Purificación