Péptidos y Proteínas
Péptido: hasta 50 aminoácidos.
• Oligopéptido: péptido pequeño.
• Polipéptido: péptido grande.
• Oligómero: proteína formada por subunidades idénticas llamadas protómeros.
• Proteínas sencillas y conjugadas (poseen grupo prostético).
Péptidos Biológicamente Relevantes
VASOPRESINA: nonapéptido que induce la reabsorción de agua en el riñón (también se llama hormona antidiurética)
OXITOCINA: nonapéptido segregado por la hipófisis. Provoca la contracción uterina y la secreción de leche por la glándula mamaria, facilitando el parto y la alimentación del recién nacido.
GLUTATIÓN:
• Principal péptido de las células, es un tripéptido que actúa como antioxidante celular.
• Papeles biológicos: Defensa celular contra compuestos oxidantes:
à Mantenimiento de las proteínas en estado reducido.
à Reduce las especies reactivas del oxígeno gracias a la enzima glutatión peroxidasa, la cual cataliza la siguiente reacción:
BRADIQUININA: Uno de los agentes hipotensores (tienen actividad vasodilatadora) mejor conocidos es la bradiquinina, un nonapéptido que se origina mediante la hidrólisis de una proteína precursora que se llama quininógeno.
Proteínas
Definición: Principales polímeros estructurales y funcionales de los seres vivos.
Funciones de las Proteínas
- Proteínas estructurales: Colágeno (cartílago y hueso), cubiertas virales, microtúbulos.
- Proteínas reguladoras: Insulina, hormonas de crecimiento y receptores de membrana.
- Proteínas contráctiles: Actina, miosina.
- Proteínas de transporte: Hemoglobina, mioglobina, seroalbúmina, permeasas.
- Proteínas de almacenamiento o reserva: Ovalbúmina, caseína y gliadina.
- Proteínas de defensa: Anticuerpos, complemento.
- Proteínas catalizadoras (Enzimas): Sacarasa, pepsina.
Funciones Clave
- Catálisis de reacciones enzimáticas, transporte de vitaminas, minerales, oxígeno y combustibles.
- Estructura de tejidos, transmisión nerviosa, contracción muscular y motilidad celular.
- Coagulación sanguínea, defensas inmunológicas, hormonas y moléculas reguladoras.
Factores que Determinan la Conformación Proteica
• Además de la estructura primaria, las condiciones físico-químicas del entorno: el pH, concentración salina, temperatura y otros factores ambientales.
• Desnaturalización: es la pérdida de la conformación de una proteína.
• Una proteína desnaturalizada pierde su actividad biológica.
Caracterización de una Proteína
- Composición de aminoácidos.
- Carga eléctrica (pI).
- Estructura primaria, secundaria, terciaria, y en las proteínas multiméricas, su estructura cuaternaria.
Estructura Primaria
• Sirve para entender sus propiedades funcionales, identificar la familia a la que pertenece y describir los polimorfismos y las proteínas mutantes que causan enfermedades moleculares.
• Se determina a partir de la secuencia del gen o secuenciando la proteína.
La Función de una Proteína Depende de su Secuencia de Aminoácidos
• Cada proteína tiene un número de residuos y secuencia característicos.
• Las proteínas contienen regiones esenciales para su función, cuya secuencia se encuentra conservada.
• La estructura primaria de una proteína puede variar en diferentes especies y dentro de la misma especie entre individuos, tejidos del mismo individuo y fase del desarrollo (el 20-30% de las proteínas humanas son polimórficas).
• Una mutación puntual puede producir un cambio en la secuencia de aminoácidos que resulta en una proteína defectuosa, causando una patología.
¿Qué Información Proporciona la Secuencia de Aminoácidos?
• Predicción de su estructura 3D, su función, localización celular y su evolución.
• Clasificación de las proteínas en familias (25% de identidad mínima para pertenecer a la misma familia).
• Detección de motivos relacionados con funciones importantes (localización celular, modificación química y vida media).
PROTEÍNAS DE FUNCIÓN SIMILAR TIENEN FRAGMENTOS DE SECUENCIA SIMILARES.
Proteínas Homólogas
Moléculas homólogas: derivan de un antecesor común.
La homología se manifiesta por una similitud significativa en la secuencia de nucleótidos y aminoácidos, casi siempre proyectada en la estructura 3D y en la función.
Proteínas homólogas: tienen secuencias de aminoácidos y funciones semejantes.
Homólogos ortólogos: homólogos presentes en especies distintas, con funciones idénticas o similares.
Homólogos parálogos: homólogos presentes en la misma especie. Se diferencian en sus funciones bioquímicas detalladas.
Ejemplo: mioglobina y hemoglobina.
Estructura Secundaria
• Patrones repetitivos que se forman al plegarse los polipéptidos.
• Puede predecirse con bastante fiabilidad a partir de la secuencia.
• Tipos de estructura secundaria más frecuentes: Hélice alfa, lámina plegada β y giro β.
El Enlace Peptídico es Plano y Rígido
Los seis átomos del grupo peptídico están en el mismo plano debido al carácter de doble enlace parcial del enlace peptídico.
Hélice Alfa
• Un puente de H entre el CO de un aminoácido y el NH del cuarto por detrás.
• 3,6 aminoácidos por vuelta de hélice.
• 5,4 Amstrong (0,15 nm) de distancia entre vuelta y vuelta.
• Dextrógira.
DATO: Las cadenas laterales sobresalen de manera perpendicular al eje de la hélice.
Factores que Afectan a la Estabilidad de la Hélice Alfa
• Repulsión o atracción electrostática entre residuos.
• Impedimento estérico (entre residuos adyacentes y entre residuos separados por 3 ó 4 aminoácidos).
• La prolina y la glicina tienen un efecto desestabilizador de la alfa hélice.
PROTEÍNAS FORMADAS MAYORITARIAMENTE POR HÉLICES ALFA: mioglobina, bacteriorodopsina
Conformación en Lámina Beta
• Se forman cuando se alinean de lado dos o más segmentos de cadenas polipeptídicas.
• Esqueleto de la cadena polipeptídica extendido en zig-zag.
• Las cadenas polipeptídicas en zig-zag se disponen de manera adyacente formando una lámina estabilizada por puentes de H.
• Láminas beta paralelas (cadenas orientadas en la misma dirección) y antiparalelas (orientadas en direcciones opuestas).
Giros Beta
• Son elementos de conexión entre hélices alfa y/o láminas beta.
• Determinan un cambio de dirección de las cadenas polipeptídicas.
• Se forma un puente de hidrógeno entre un residuo (n) y el situado tres aminoácidos después (n+3).
• La prolina y la glicina abundan en los giros beta.
Proteínas nativas son las que se encuentran en su conformación funcional plegada (la más estable).
• Las interacciones que estabilizan la conformación nativa de una proteína son los puentes disulfuro y las interacciones no covalentes.
• La conformación más estable es la que permite la formación del máximo número de puentes de hidrógeno dentro de la proteína.
• En general los residuos hidrofóbicos quedan orientados hacia el interior de la proteína, lejos del contacto con el entorno acuoso. Los residuos hidrofílicos quedan orientados hacia el exterior.
DATO: La secuencia de aminoácidos permite predecir con cierta aproximación la estructura tridimensional de dominios no muy grandes de proteínas.
IMPORTANTE: ORTÓLOGOS Y PARÁLOGOS TIENEN ESTRUCTURAS TERCIARIAS SEMEJANTES.
Principales Proteínas Humanas
✓ Insulina: Hormona compuesta por 51 AA sintetizada en el páncreas. Estimula la absorción de glucosa por parte de las células. Su ausencia es causa de diabetes. La insulina fue el primer péptido que se secuenció por métodos químicos. Por ese trabajo, Frederick Sanger recibió el Nobel de Química en 1958. Está formada por dos cadenas polipeptídicas unidas entre sí mediante tres puentes disulfuro (en color amarillo en la figura de la tabla inferior).
✓ Mioglobina: es una hemoproteína que está presente en el corazón y el músculo esquelético, sus funciones son servir como un reservorio y acarreador de Oxígeno, incrementando la velocidad de transporte de O2 en la célula muscular. La mioglobina consiste de una sola cadena de aminoácidos que es similar a las cadenas individuales de la hemoglobina. Esta homología hace de la mioglobina un modelo sencillo de la hemoglobina.
✓ Hemoglobina (HB): es una proteína globular, que esta presente en altas concentraciones en los glóbulos rojos y se encarga del transporte de O2 del aparato respiratorio hacia los tejidos periféricos; y del transporte de CO2 y protones (H+) de los tejidos periféricos hasta los pulmones para ser excretados. Los valores normales en sangre son de 13 – 18 g/ dl en el hombre y 12 – 16 g/ dl en la mujer.
La hemoglobina es una proteína con estructura cuaternaria (cuatro cadenas polipeptídicas dos α y dos β). Las cadenas polipeptídicas alfa contienen 141 aminoácidos, las no alfa 146 (β, γ, δ) y difieren en la secuencia de aminoácidos.
La estructura secundaria es muy similar: cada una exhibe 8 segmentos helicoidales designados con las letras A a la H. Entre ellos se encuentran 7 segmentos no helicoidales. Cada cadena α está en contacto con las cadenas β, sin embargo, existen pocas interacciones entre las dos cadenas α entre las dos cadenas β entre sí.
➢ Las cuatro cadenas polipeptídicas de la Hb contienen cada una un grupo prostético, el Hem, que les proporciona el color rojo a los hematíes.
➢ Un grupo prostético es una porción no polipeptídica que forma parte de una proteína en su estado funcional. Cuando una proteína esta con su grupo prostético se denomina holoproteína, y cuando esta sin este, se lo denomina apoproteína.
➢ Además por poseer un grupo prostético se dice que la Hb es una proteína conjugada, es una hemoproteína.
Citocromo C
Son, en general, hemoproteínas unidas a la membrana que contienen grupos hemo y son los principales responsables de la generación de ATP por la vía de transporte de electrones.
Se encuentran ya sea como proteínas monoméricas o como subunidades de grandes complejos enzimáticos que catalizan reacciones redox.
Hay tres grandes tipos de citocromos llamados a, b y c, clasificados en función del espectro de absorción y del tipo de grupo hemo.
Citocromo a – Tiene una forma modificada de la protoporfirina IX
Citocromo b – forma parte de la cadena respiratoria de eucariotas y procariotas aerobios
Citocromo c – Proteína pequeña que funciona como transportador electrónico mitocondrial.
El citocromo c es una proteína pequeña 104 aminoácidos que funciona como transportador electrónico mitocondrial entre los complejos respiratorios III y IV.
➔ Es una proteína monomérica con un solo polipéptido.
➔ El grupo prostético porfirínico está unido a la proteína covalentemente, a través de dos cisteínas.
Colágeno
à Familia de proteínas muy abundante en los animales, pudiendo representar del 25 al 30 % de todas las proteínas corporales.
En los vertebrados hay más de 40 genes que sintetizan unas cadenas de aminoácidos denominadas cadenas alfa, las cuales se asocian de tres en tres para formar hasta 28 tipos de moléculas de colágeno diferentes.
✓ Su principal misión es crear un armazón que hace de sostén a los tejidos y que resiste las fuerzas de tensión mecánica.
à Las células se «agarran» a las moléculas de colágeno mediante diversas proteínas de adhesión como las integrinas, inmunoglobulinas, anexinas, etcétera.
• Proteína fibrosa más abundante en los organismos vertebrados.
Localización: Piel, Huesos, Cartílago, Tendones, Ligamentos, Vasos, Fibras (córnea del ojo)
Tipos de Colágeno
Existen muchos tipos de colágeno, aunque los más conocidos son cinco:
Colágeno Tipo I: se encuentra abundantemente en la dermis, los huesos, tendones, la dentina y la córnea.
Es sintetizado por fibroblastos (células que junto a otras precursoras forman el tejido fibroso), condroblastos (células que forman el cartílago) y los osteoblastos (células que participan en la formación del tejido óseo)
Colágeno tipo II: se encuentra sobre todo en el cartílago, aunque también, se encuentra en la córnea embrionaria. Es sintetizado por los condroblastos y su función principal es la resistencia a la presión intermitente.
Colágeno Tipo III: abunda en el tejido conjuntivo laxo, en las paredes de los vasos sanguíneos, la dermis y el estroma (revestimiento) de varias glándulas. Es sintetizado por células del músculo lisos, los fibroblastos y la glía (células del tejido conectivo o de sostén del sistema nervioso central). Su función es la de sostén de órganos expandibles.
Colágeno Tipo IV: forma la lámina basal de los epitelios (revestimiento de los órganos internos).
Es sintetizado por células epiteliales y endoteliales. Su función principal es la de sostén y filtración.
Colágeno Tipo V: está presente en la mayor parte del tejido intersticial como superficie de las células, el cabello y la placenta. Se asocia al tipo I.
Enfermedades del Colágeno
–> Niccolo Paganini 1782-1840 Sindrome de Marfan
▪ Escorbuto: déficit de Vitamina C, fragilidad capilar, hemorragias, lesiones cutáneas.
▪ Síndrome de osteogénesis imperfecta: mutación Gly988/Cys en el colágeno tipo I. Huesos quebradizos, deformaciones en el esqueleto (niños de cristal).
▪ Síndrome de Ehler-Danlos: piel hiperextensible, exceso de movilidad en las articulaciones. Rotura de arterias y vejiga (más graves).
Latirismo: Algunos síntomas similares a los descritos en pacientes con síndrome de Ehlers-Danlos se observan en el latirismo, una enfermedad producida cuando los animales ingieren semillas de “el guisante de olor común”.
Dado que estas semillas también forma parte de la dieta de algunas personas, se han descrito casos de latirismo en humanos: en ellos se observa la curvatura de la columna vertebral y la ruptura de la aorta.
Proteínas Plasmáticas
• Mantienen la presión osmótica del plasma.
• Transporte de moléculas: iones, hormonas, nutrientes, etc. (asociados a las proteínas).
• Coagulación.
• Respuesta inmune Sintetizadas mayoritariamente en el Hígado.
✓ LA PROBABILIDAD DE FORMAR HÉLICE ALFA O LÁMINA BETA ES, EN CIERTA MEDIDA, PREDECIBLE A PARTIR DE LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS, SEGÚN LOS ÁNGULOS Φ Y Ψ.
✓ PUEDE HABER LARGOS FRAGMENTOS DE PROTEÍNA SIN ESTRUCTURA SECUNDARIA DEFINIDA
Estructura Terciaria
• Estructura espacial de la proteína.
• Depende de la secuencia de aminoácidos y puede predecirse. Se determina por difracción de RX.
• Motivo: patrón de plegamiento característico que aparece en varias proteínas.
• Dominio: región de la cadena polipeptídica que puede plegarse de manera estable e independiente.
Estructura Terciaria de las Proteínas
• Cada proteína posee una única estructura 3D.
• La estructura 3D de una proteína depende de la secuencia de aminoácidos.
• La función de una proteína depende de su estructura 3D.
• La estructura 3D se estabiliza mediante enlaces disulfuro y fuerzas no covalentes.
• Dentro de la gran variedad de las proteínas se reconocen algunos patrones estructurales comunes.