Bio54 clase04
- 1. Biología e Introducción a la Biología Celular (54) CBC -UBA Clase 04 1) Proteínas. Estructura. Desnaturalización. Función 2) Afinidad, especificidad, saturación. Alostería. 3) Virus, Viroides, Priones, Encefalopatías espongiformes transmisibles. 1) Proteínas. Estructura. Desnaturalización. Función Las proteínas son polímeros de aminoácidos que representan el 50% del peso seco del organismo (15% del total, considerando al agua). Los aminácidos son moléculas orgánicas caracterizadas por poseer un carboxilo y un grupo amino, además de una cadena lateral variable. Todos los aminoácidos utilizados por los seres vivos son α aminoácidos (el carboxilo y el amino están unidos al mismo carbono) y de la serie L (al alinear el carboxilo con la cadena r, el amino queda hacia el lado izquierdo). Por tener tanto carácter ácido como básico, los aminoácidos son anfóteros. En agua, los aminoácidos presentan el siguiente comportamiento a diferente pH. Al agregar un ácido, el grupo amino y el carboxilo se protonan. Si se van agregando cantidades crecientes de base, se puede llegar a un pH en el cual el amino se encuentra protonado y el carboxilo desprotonado. Ese punto se llama “punto isoeléctrico” y varía para cada aminoácido. Continuar agregando base hace que el amino y el carboxilo se desprotonen. Existen veinte aminoácidos que se utilizan en cualquier célula para fabricar proteínas (aunque estos pueden luego ser modificados una vez formada la proteína). Se los clasifica en: No polares: Si bien todos los aminoácidos poseen un carboxilo y un amino (y por ende son moléculas polares, solubles en agua) se llama aminoácidos no polares a aquellos que tengan un grupo R que no sea polar. Polares sin carga: son aquellos aminoácidos cuyo grupo R es polar (por la presencia de un oxhidrilo, carbonilo o sulfhidrilo) pero que no tienen una carga neta como los siguientes. Polares con carga: son los que tienen un grupo R que tiene una carga neta. Estos se pueden subdividir en: Polares con carga positiva o básicos (los que tengan un amino extra en el grupo R) y Polares con carga negativa o ácidos (los que tengan un carboxilo extra en el grupo R). 1 A pH ácido se encuentran con carga positiva. En su punto isoeléctrico se encuentran en configuración de zwitterión A pH básico se encuentran con carga negativa.
- 2. Biología e Introducción a la Biología Celular (54) CBC -UBA Los aminoácidos pueden unirse unos a otros mendiante condensaciones formando un dipéptido y una molécula de agua. La unión entre ellos, llamada unión amida o peptídica puede romperse mediante una reacción de hidrólisis. Los polipéptidos y las proteínas se fabrican mediante reacciones de condensación pero el proceso es más complejo y se estudiará más adelante. El dipéptido se encuentra orientado (tiene un extremo amino y un extremo carboxilo). Éste último puede dar una segunda condensación y formar un tripéptido y otra molécula de agua. Polipéptidos y proteínas Un polipéptido es un polímero lineal (no ramificado) de 100 o más aminoácidos. Para que este sea considerado proteína tiene que tener una función en la célula. La función de la proteína depende de su estructura tridimensional, la unión covalente con otras moléculas (grupos prostéticos) y la interacción con iones o moléculas (cofactores). La cadena de aminoácidos adquiere un plegamiento en el espacio. El plegamiento que tiene el polipéptido cuando es funcional se llama “conformación nativa”; a las regiones importantes de la conformación nativa se las llama “dominios”. Para entender la configuración espacial de los polipéptidos se la divide en diversos niveles o estructuras. Estructura primaria: la estructura primaria de un polipéptido es la descripción de la secuencia de aminoácidos que forma la cadena sin especificar cómo se alinean en el espacio, pero aclarando las uniones covalentes (más allá de la peptídica) que pudiera tener. Estructura secundaria: las estructuras secundarias son los patrones espaciales locales resultado de la interacción entre los residuos de aminoácidos. Regiones particulares del polipéptido van a adquirir estructuras tridimensionales características. Existen 2 tipos principales de estructuras secundarias: Helice α: Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura helicoidal dextrógira, con unos 3,6 aminoácidos por vuelta. La hélice está estrechamente empaquetada; de forma que no hay casi espacio libre dentro de la hélice. Se mantiene unida por puentes de hidrógeno entre los aminoácidos cercanos. La hélice se puede estirar y regresar a su conformación nativa. Lamina β: Se forma por el posicionamiento paralelo de dos cadenas de aminoácidos dentro de la misma proteína, en el que los grupos N-H de una de las cadenas forman enlaces de hidrógeno con los grupos C=O de la opuesta. Los grupos R de esta estructura están posicionados sobre y bajo el plano de las láminas. Estos R no deben ser muy grandes, ni crear un impedimento estérico, ya que se vería afectada la estructura de la lámina. 2 Puente de hidrógeno
- 3. Biología e Introducción a la Biología Celular (54) CBC -UBA Estructura terciaria: La estructura terciaria es la superposición de todas las estructuras secundarias resultando en la forma tridimensional completa del polipéptido. Esta superposición es tal, que los residuos de aminoácidos no polares quedan orientados hacia el centro y los residuos polares hacia la periferia. Existen dos posibles configuraciones: globular (cuando el polipéptido plegado adquiere una forma semiesférica) y fibrosa (cuando el polipéptido adquiere una forma alargada como un bastón). La estructura terciaria se mantiene estable por las siguientes fuerzas: interacciones hidrofóbicas (entre los R no polares); puentes de hidrógeno, interacciones “iónicas” (entre los COO- y los NH3 + de los aminoácidos ácidos y básicos respectivamente) y puentes di sulfuro entre residuos de cisteína. Cuando dos cisteínas quedan enfrentadas en un polipéptido, sus sulfhidrilos se desprotonan y los átomos de azufre se unen covalentemente formando una cistina. Algunos polipéptidos con estructura terciaria tienen actividad biológica y son por lo tanto proteínas. Otros requieren de alguna otra molécula/ion o tienen una estructura cuaternaria. Estructura cuaternaria: ciertas proteínas están formadas por más de un polipéptido. Se llama estructura cuaternaria a la estrutura tridimensional total de la proteína considerando las interacciones entre los distintos polipéptidos que las forman. Cada polipéptido se denomina “subunidad” y se mantienen unidos principalmente por puentes de hidrógeno. Algunas proteínas pueden necesitar además de un grupo prostético unido covalentemente para tener función biológica: Si el grupo es un carbohidrato (oligosacárido) es una glucoproteína. Si el grupo es un lípido es una lípoproteía. Si el grupo es un ácido nucléico es una nucleoproteína. Si el grupo es un hemo es una hemoproteína. Desnaturalización es la pérdida de la conformación nativa (y la función biológica) de la proteína. Esto ocurre cuando se alteran las interacciones que mantienen las estructuras protéicas. Es decir que las proteínas se desnaturalizan cuando se les aumenta la temperatura, se 3
- 4. Biología e Introducción a la Biología Celular (54) CBC -UBA varía el pH, se cambia la polaridad del medio, etc. La desnaturalización es en general irreversible aunque se quite la perturbación que la ocasionó. Función de proteínas: ver guía de actividades. 2) Afinidad, especificidad, saturación. Alostería. Muchas proteínas pueden interactuar temporalmente con otra molécula. A esa molécula la llamamos “ligando”. Dependiendo del tipo de proteína los ligandos tienen nombres específicos. Así, si la proteína es una enzima, el ligando es llamado “sustrato”. Si la proteína es una hormona, el ligando es llamado “receptor”. Sí la proteína es una anticuerpo, el ligando es llamado “antígeno”. Las proteínas que tienen un ligando comparten 3 propiedades: Especificidad: se dice que las proteínas son específicas por que pueden unirse a un ligando en particular y no a cualquiera. Afinidad: se llama afinidad a la intensidad con la que la proteína se une al ligando. Saturación: es el punto en el que se agregó tanto ligando la solución de proteínas que todos los sitios de unión al ligando se encuentran ocupados permanentemente. Además, las proteínas que se unen a un ligando pueden ser alostéricas. Una proteína es alostería si al unirse al ligando, éste la obliga a modificar su estructura tridimensional. 3) Virus, Viroides, Priones, Encefalopatías espongiformes transmisibles. Virus: Un virus es un agente infeccioso microscópico que sólo puede multiplicarse dentro de las células de otros organismos. Están compuestos por su material genético, que porta la información hereditaria, que puede ser ADN o de ARN; una cubierta proteica que protege a estos genes (llamada cápside) y en algunos también se puede encontrar una bicapa lipídica que los rodea cuando se encuentran fuera de la célula (denominada envoltura vírica). Viroides: Los viroides son agentes infecciosos que, al igual que los virus, tienen un ciclo extracelular que se caracteriza por la inactividad metabólica y un ciclo intracelular en el que causan infección al huésped susceptible, pero que a diferencia de los virus, los viroides no poseen proteínas ni lípidos y están constituidos por una cadena cíclica corta de ARN, circular o con forma de varilla, (que no codifica proteínas). Los únicos conocidos infectan plantas. Priones: son proteínas que tienen alterada su estructura tridimensional, de tal forma que tienen los residuos de aminoácidos no polares hacia el exterior y los polares hacia el interior. Cuando un prion entra en un organismo sano, actúa sobre la forma normal del mismo tipo de proteína existente en el organismo, modificándola y convirtiéndola en prion. Estos priones recién formados pueden pasar a convertir más proteínas, provocando una reacción en cadena que produce grandes cantidades de la proteína prion. Los priones son los responsables de las encefalopatías espongiformes transmisibles en una variedad de mamíferos, incluida la encefalopatía espongiforme bovina. A partir de una ingesta contaminada, el agente patógeno es transportado por el epitelio intestinal, desde donde entra a las células M (especializadas en el transporte de macromoléculas y partículas a través de las células del epitelio intestinal). A continuación, el agente entra dentro de las células migratorias y de los macrófagos (sistema inmunitario). Se sintetiza un anticuerpo contra el prion, pero no tiene ninguna eficacia, causa por la cual el prion es transportado por el sistema inmunitario y se acumula en el bazo y los ganglios linfáticos, que están muy inervados. Este hecho produce el contagio al tejido nervioso y la consecuente muerte neuronal y por ello, el cerebro adquiere un aspecto esponjoso. 4