SEMANA 3 Estructura de las Proteínas J de León.pptx
- 3. Prof. Joel de León Delgado Lic. y Mg. Bioquímica PhD Ciencias Biológicas (Univ. de La Habana; UNMSM) Investigador RENACYT jdeleon@científica.edu.pe
- 4. Niveles de organización estructural de las proteínas Generalidades de las enzimas Ciencias Básicas Prof. Joel de León Delgado jdeleon@científica.edu.pe
- 5. SECCIÓN DE REFERENCIA SECCIÓN DE REFERENCIA REFLEXIÓN DESDE LA EXPERIENCIA KAHOOT.IT
- 6. REFLEXIÓN DESDE LA EXPERIENCIA LOGROS DE LA SESIÓN DE APRENDIZAJE 1. Identifica los niveles de organización estructural de las proteínas 2. Conoce los proceso involucrados en el plegamiento de las proteínas 3. Valora la importancia de las chaperonas en el plegamiento de las proteínas 4. Describe la influencia de diversos agentes químicos y físicos sobre la desnaturalización de las proteínas 5. Conoce qué una enzima, cuáles son sus propiedades y el mecanismo general de su actividad 6. Define conceptos como: Cofactor, Coenzima, Grupo prostético, Apoenzima, Holoenzima Al concluir esta sesión de aprendizaje, el alumno: A través del análisis de casos
- 7. AGENDA A DESARROLLAR PROTEÍNAS Niveles de organización estructural Plegamiento Desnaturalización ENZIMAS Propiedades generales Actividad enzimática
- 8. 8 AMINOÁCIDOS: POLIMERIZACIÓN POR ENLACE PEPTÍDICO
- 9. Van der Waals: 0.4 - 4 kJ/mol Puentes de hidrógeno: 12-30 kJ/mol Puentes iónicos: 20 kJ/mol Coordinación con Metales: < 20 kJ/mol Interacciones hidrofóbicas: < 40 kJ/mol Puentes disulfuro (covalente) Fuerzas que determinan la estructura de las proteínas
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- 11. 11 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: PRIMARIA La estructura primaria de las proteínas esta determinada por su secuencia de aminoácidos…este nivel más elemental de estructura que se codifica genéticamente determina el resto de los niveles estructurales de la proteína Alteraciones en la secuencia de aminoácidos (estructura primaria) puede conducir a cambios conformacionales y funcionales en la proteína
- 12. 12 Corresponde al ordenamiento espacial de residuos de aminoácidos adyacentes en un segmento polipeptídico ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: SECUNDARIA
- 13. 13 • La difracción de rayos X ha evidenciado que es la estructura secundaria más frecuente. • De forma cilíndrica; tamaño de ~45A; con ~3.6 amino ácidos en cada vuelta de la hélice. • Común en proteínas que atraviesan las membranas biológicas • Los enlaces peptídicos se disponen hélice dextrógiro (sentido de agujas del reloj) • Las cadena laterales se proyectan hacia fuera y los grupo C-O y N-H quedan arriba o abajo paralelo al eje de la hélice. Esta disposición permite formar puentes de hidrógeno cada 4 aminoácidos • Se favorece por alanina, glutamina, metionina y leucina ALFA HÉLICE: ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: SECUNDARIA
- 14. 14 FERRITINA • 75% de los aa se involucran en estructura de alfa hélice. • Fija y almacena hierro de una forma biológicamente disponible para procesos celulares vitales • Protege a las proteínas, lípidos y al ADN de la toxicidad de este elemento metálico • Papel importante en procesos inflamatorios, neurodegenerativos y en cáncer ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: SECUNDARIA
- 15. 15 • Las cadenas laterales R se localizan alternadamente por encima y por debajo del plano de la hoja beta • La distancia entre aminoácidos adyacente es ~3,5A; cada cadena incluye 6 aminoácidos como mínimo • De 2 a 15 cadenas en hoja beta plegada • La estructura se estabiliza por enlaces hidrógenos • Pueden ser paralelas o antiparalelas ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: SECUNDARIA BETA U HOJA BETA PLEGADA:
- 16. 16 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: SECUNDARIA QUERATINA
- 17. 17 • Usualmente contienen residuos hidrofílicos. • Se encuentran en la superficie de las proteínas. • Conectan alfa hélices con hojas beta • Vueltas con menos de 5 aa son llamados giros (cambios bruscos de dirección) VUELTAS Y GIROS VUELTAS Organización proteica que permite el cambio de dirección de la cadena peptídica, necesario para que la proteína adopte una estructura más compacta. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: SECUNDARIA
- 18. 18 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: SECUNDARIA
- 19. • Es la disposición tridimensional global de todos los átomos de una proteína; se revela por cristalografía de rayos X y resonancia magnética nuclear • Es la responsable directa de las propiedades biológicas de las proteínas • En aquellas proteínas monoméricas la estructura terciaria es la máxima organización espacial !! • Las cadenas laterales R con carácter apolar se orientan hacia el interior de la molécula y las cadenas laterales R de los aminoácidos polares se localizan en la superficie de la molécula. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: TERCIARIA Dominio: es una sección de la estructura proteínica suficiente para llevar a cabo una tarea química o física particular como la de enlazar un sustrato u otro ligando.
- 20. 20 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: TERCIARIA Proteína monomérica (153 aminoácidos) que contiene un grupo prostético hemo que contiene un átomo de hierro. Almacena de oxígeno en el músculo esquelético y cardiaco, donde se requieren grandes cantidades de O2 para satisfacer la demanda energética de las contracciones. Alrededor del 78% de la estructura secundaria tiene una conformación de hélice alfa. La mayoría de los aminoácidos hidrófobos se encuentran en el interior y muchos de los residuos polares están expuestos en la superficie. Primera proteína cuya estructura fue determinada experimentalmente por difracción de rayos X (1958) John Cowdery Max Ferdinand 1962 MIOGLOBINA
- 21. 21 Fuerzas que estabilizan la estructura terciaria: COVALENTE: • Puente disulfuro (entre dos cadenas laterales de Cisteína) • Enlace amida (entre la cadena lateral de la Lisina con Glutamina o Asparagina). NO COVALENTE: • Fuerzas electrostáticas, entre cadenas laterales ionizadas, con cargas de signo opuesto • Puentes de hidrógeno, entre las cadenas laterales de AA polares • Interacciones hidrofóbicas, entre cadenas laterales apolares • Fuerzas de polaridad, debidas a interacciones dipolo-dipolo. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: TERCIARIA
- 22. 22 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS: CUATERNARIA La ESTRUCTURA CUATERNARIA solo existe en proteínas multiméricas o sea formada por varias cadenas peptídicas. Se forma mediante la unión no covalente de VARIAS CADENAS con estructura terciaria para formar un complejo proteico.
- 23. 23 Según su Nivel Estructural Según su Conformación Según su Composición Química -Primario -Secundario -Terciaria -Cuaternaria -Globulares -Fibrosas -Simples -Conjugadas CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Según sus Cadenas Peptídicas -Monoméricas -Oligoméricas insulina hemoglobina albúmina inmunoglobulina mioglobina colágeno
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- 26. Plegamiento de la cadena peptídica • Es un proceso complejo, organizado y regulado • Determinado por la secuencia de aminoácidos • Permite conformar la estructura tridimensional de las proteínas (configuración nativa) • Permite obtener una proteína biológicamente activa
- 27. El plegamiento de las proteínas es un proceso termodinámicamente favorable 27 • Entropía conformacional alta al principio, disminuye con el plegamiento • La energía libre (ΔG) disminuye con el plegamiento Plegamiento de la cadena peptídica
- 28. Plegamiento de la cadena peptídica: modelo jerarquizado 28 El plegamiento ocurre en etapas sucesivas: • Formación de estructuras secundarias locales. • Formación de estructuras super-secundarias por interacción entre dos estructuras secundarias. • Formación de los dominios. • Plegamiento del péptido completo • Ajuste de la conformación de los dominios. • Proteína plegada final. Un MODELO ALTERNATIVO puede llevar a la formación espontanea de un estado compacto (glóbulo fundido) por interacciones hidrofóbicas de ciertos aminoácidos no polares. Esto se conoce como colapso de la cadena peptídica.
- 29. Plegamiento de la cadena peptídica: plegamiento asistido 29 Algunas proteínas no se pliegan espontáneamente, sino requieren de CHAPERONAS
- 30. 30 Plegamiento de la cadena peptídica: desnaturalización La desnaturalización no afecta la estructura primaria de las proteínas
- 31. 31 INTEGREMOS LO APRENDIDO Dónde se codifica la información de la estructura primaria de una proteína? Qué interacciones son fundamentales para estabilizar la estructura secundaria de una proteína? Qué aminoácidos abundarán en la superficie externa de una proteína globular que se encuentre en el plasma sanguíneo, como la albúmina? Todas las proteínas tienen estructura cuaternaria?
- 32. 32 CONCLUSIONES 1. Las proteínas tienen hasta cuatro niveles de organización: primario, secundario, terciario y cuaternario 2. El plegamiento de las proteínas determina su estructura tridimensional, que es importante para su actividad biológica. 3. El modelo jerárquico sostiene que el plegamiento de las proteínas se da de manera gradual y el modelo alternativo sostiene que el plegamiento comienza con el colapso de la cadena peptídica. 4. Las chaperonas son enzimas que ayudan al correcto plegamiento de las proteínas y evitan su desnaturalización. 5. El plegamiento correcto de las proteínas depende de la secuencia de aminoácidos, temperatura, pH, entorno hidrofóbico/hidrofílico 6. El plegamiento incorrecto de las proteínas conlleva a enfermedades.
- 33. 33 CUESTIONARIO 3 ACTIVIDADES DE TRABAJO AUTÓNOMO COMPLEMENTARIA Revisión de Lecturas: • Perspectivas actuales del uso de las proteínas y su importancia en la investigación científica e industrial. https://www.researchgate.net/publication/28982421 4_PERSPECTIVAS_ACTUALES_DEL_USO_DE_P ROTEINAS_RECOMBINANTES_Y_SU_IMPORTA NCIA_EN_LA_INVESTIGACION_CIENTIFICA_E_I NDUSTRIAL
- 34. 34 Ferrier, D., Jameson, B. y León Jiménez, R. (Trad.) (2015). Memorama: Bioquímica. Wolters Kluwer Health. Disponible en Biblioteca virtual: https://elibro.net/es/ereader/ucsur/125904 Murray, R, y Bender, D. (2013). Harper, Bioquimica ilustrada. 2.ª ed. México, D.F:McGrawHill. Disponible en Biblioteca: F / 612.015 / M975 / 2013 Riveros Rosas, H. Riveros Rosas, H. y Martínez Montes, F. (2018). Bioquímica de Laguna y Piña. 8.ª ed. México: El Manual Moderno. Disponible en Biblioteca virtual:https://elibro.net/es/ereader/ucsur Stryer, L., Berg, JM, Tymoczko, JL. (2003). Bioquímica. 5.ª ed. Barcelona: Reverté. Disponible en Biblioteca: 612.015 / S83 Villavicencio, M., y Ayala, G. (2010). Texto de bioquímica: bioquímica básica; bioquímica metabólica. 2.ª ed. Lima: CONCYTEC. Disponible en Biblioteca:612.015 / V66 / 2010 REFERENCIAS Berg, J. M. Tymoczko, J. L. y Stryer, L. (2007). Bioquímica. Editorial Reverté. Disponible en Biblioteca virtual: https://elibro.net/es/lc/ucsur/titulos/105687
- 35. Generalidades de las enzimas Ciencias Básicas Prof. Joel de León Delgado jdeleon@científica.edu.pe
- 36. 36 Reacciones químicas EXTREMADAMENTE LENTAS Y DESFAVORECIDAS ENERGÉTICAMENTE (endergónicas), no ocurren en una escala de tiempo útil para la vida Solo es posible su ¨utilidad¨ para la función celular si hay actividad de CATALIZADORES de las reacciones biológicas…o sea ENZIMAS GENERALIDADES DE LAS ENZIMAS Participan en la mayoría de las reacciones bioquímicas Son generalmente de naturaleza proteica
- 37. 37 Al igual que para el resto de las proteínas, la función de las ENZIMAS depende de la CONSERVACIÓN DE SU ESTRUCTURA a todos los niveles de organización…o sea la DESNATURALIZACIÓN de una enzima modifica su actividad Una ENZIMA puede ser DESNATURALIZADA con el uso de agentes reductores, temperatura, pH, solventes orgánicos, detergentes GENERALIDADES DE LAS ENZIMAS
- 38. Las enzimas son determinantes en el balance salud - enfermedad. La determinación de la actividad y/o concentración de la enzima es una herramienta útil para el diagnóstico, pronóstico y seguimiento del curso de una enfermedad y su tratamiento 2. En procesos inflamatorios, necrosis de tejidos, afecciones por suministro sanguíneo, neoplasias y otras patologías, ciertas enzimas aumentan su concentración plasmática. 1. Errores congénitos del metabolismo se deben generalmente a alteraciones en la expresión y/o función de enzimas. GENERALIDADES DE LAS ENZIMAS BIOMARCADOR pronóstico vs predictivo
- 39. Son catalizadores biológicos eficaces (se requieren en pequeñas cantidades) y muy específicos, que aumentan la velocidad de las reacciones bioquímicas de 106 a 1012 veces GENERALIDADES DE LAS ENZIMAS COMPLEJO ENZIMA- SUSTRATO El SITIO (CENTRO) ACTIVO de una ENZIMA es la zona donde se une el SUSTRATO que será modificado…es un bolsillo molecular Los aminoácidos que componen el SITIO ACTIVO interactúan con el SUSTRATO y contribuyen a su modificación Las ENZIMAS no se consumen durante la reacción Aceleran la velocidad a la cual la reacción química alcanza el equilibrio, pero no alteran la constante de equilibrio (la cantidad de producto que se forma a partir del substrato)
- 40. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS Vitaminas ?
- 41. INTEGREMOS LO APRENDIDO Zimógenos ? Son ENZIMAS cuyo SITIO ACTIVO no está conformado y requiere alteraciones estructurales irreversibles para su formación (es parte de los mecanismos de regulación de la actividad enzimática)
- 42. 42 En las reacciones químicas se produce la ruptura o formación de enlaces entre átomos, con una determinada cinética (velocidad) Las enzimas proporcionan el ambiente óptimo para que se den las reacciones química, de manera energéticamente favorable. ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
- 43. 43 ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
- 44. 44 https://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http%3A%2F%2F3.bp.blogspot.com%2F- AEMbc2azKus%2FU__NzeCu2HI%2FAAAAAAAAEpI%2FLA6Ai5I38L8%2Fs1600%2FLinus_Pauli ng_1962.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fxoccam.blogspot.com%2F2014%2F08%2Flinus- pauling-senor-de-los- extremos.html&docid=0fTPXILqkrIP8M&tbnid=PJbslH2h3Z1xPM%3A&vet=10ahUKEwj- ob_rjJraAhUM71MKHYBTBeUQMwgxKAEwAQ..i&w=280&h=396&bih=599&biw=1366&q=linu s%20pauling&ved=0ahUKEwj- ob_rjJraAhUM71MKHYBTBeUQMwgxKAEwAQ&iact=mrc&uact=8 LLAVE-CERRADURA vs ENCAJE INDUCIDO Emil Fischer (1894) Daniel Koshland, 1958 Total complementariedad enzima-sustrato; el sitio catalítico se ajusta perfectamente al sustrato (explicaba la especificidad pero no la capacidad catalítica) Complementariedad enzima-sustrato en el ESTADO DE TRANSICIÓN; el sitio catalítico se modifica al unirse al sustrato y se ajusta al estado de transición de este ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS: MODELOS DE FORMACIÓN DEL COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO
- 45. 45 https://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http%3A%2F %2F3.bp.blogspot.com%2F- AEMbc2azKus%2FU__NzeCu2HI%2FAAAAAAAAEpI%2FLA6 Ai5I38L8%2Fs1600%2FLinus_Pauling_1962.jpg&imgrefurl= http%3A%2F%2Fxoccam.blogspot.com%2F2014%2F08%2Fl inus-pauling-senor-de-los- extremos.html&docid=0fTPXILqkrIP8M&tbnid=PJbslH2h3Z 1xPM%3A&vet=10ahUKEwj- ob_rjJraAhUM71MKHYBTBeUQMwgxKAEwAQ..i&w=280& h=396&bih=599&biw=1366&q=linus%20pauling&ved=0ah UKEwj- ob_rjJraAhUM71MKHYBTBeUQMwgxKAEwAQ&iact=mrc& uact=8 ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS: MODELOS DE FORMACIÓN DEL COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO LLAVE-CERRADURA vs ENCAJE INDUCIDO La forma en que la enzima distorsiona el sustrato reduce la energía de activación necesaria para acelerar la transformación del sustrato en producto.
- 46. GRACIAS ….seguimos con más de ENZIMAS
Notas del editor
- #5: Bienvenidos a la clase virtual de Biología. En esta sesión pondremos en práctica los conocimientos aprendidos durante la semana 1, 2 y 3 a través de casos aplicativos. Para ello recordemos brevemente lo trabajado en dichas semanas ejemplos prácticos.
- #36: Bienvenidos a la clase virtual de Biología. En esta sesión pondremos en práctica los conocimientos aprendidos durante la semana 1, 2 y 3 a través de casos aplicativos. Para ello recordemos brevemente lo trabajado en dichas semanas ejemplos prácticos.
- #47: Bienvenidos a la clase virtual de Biología. En esta sesión pondremos en práctica los conocimientos aprendidos durante la semana 1, 2 y 3 a través de casos aplicativos. Para ello recordemos brevemente lo trabajado en dichas semanas ejemplos prácticos.