Tema 4: Estructura de les proteïnes complet amb xaperones (final de tema entra en el segon parcial) (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Estructura i funció de biomolècules
Año del apunte 2016
Páginas 20
Fecha de subida 21/04/2016
Descargas 27
Subido por

Vista previa del texto

Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes Nivells d’estructuració de les proteïnes: • Descripció de l’hèlix α i les fulles β.
• Proteïnes fibroses.
• Proteïnes globulars.
• Estructura quaternària.
1. Estructura de les proteïnes A diferència de la majoria de polímers orgànics, les proteïnes adopten una conformació tridimensional (3D) específica en una solució aquosa. És a dir, tenim una seqüència d’aminoàcids determinada que sempre adoptarà la mateixa disposició tridimensional de mínima energia en la qual hi hagi el major nombre d’enllaços paral·lels.
Aquesta estructura és capaç de dur a terme una funció biològica específica i s’anomena el plegament natiu.
El plegament natiu conté un gran nombre d’interaccions favorables dintre de la proteïna; recordeu:  Interaccions electrostàtiques  Interaccions polars - ponts d’hidrogen  Interaccions de Van der Waals  Efecte hidrofòbic Les propietats de l’enllaç peptídic determinen la conformació de la proteïna. Aquest enllaç és pla i rígid.
Només els carbonis alfa quirals poden girar. L’estructura de la cadena principal pot ser interpretat com una successió de plans d’enllaços peptídics. El fet que hi hagi un moviment genera un dipol elèctric.
L’oxigen del grup carbonil té una càrrega parcial negativa i el nitrogen del grup amino té una càrrega positiva, fet que permet que s’estableixi un petit dipol elèctric.
1 Normalment, els enllaços peptídics en les proteïnes es donen en la seva configuració trans, tot i que hi ha excepcions.
Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes Els angles phi (ϕ) i psi (ψ) són angles de torsió, es troben a la intersecció entre dos plans.
Són els que determinen com de molt o poc poden girar les molècules. L’angle pot girar però no pot adoptar qualsevol grau, hi haurà un moment en què depenent del radi de Van der Waals dels àtoms propers, hi haurà col·lisions i aleshores no podran girar. No sempre es poden donar totes les combinacions possibles de ϕ i ψ, algunes són favorables i d’altres no degut a l’existència d’impediments estèrics, que poden ser entre àtoms de la cadena principal o poden ser xocs entre cadenes lateral (a més llarga o voluminosa la cadena lateral de l’aminoàcid veí més limitat es veu l’angle).
Mapes de Ramachandran Ramachandran es va dedicar a observar totes les combinacions d’angles de ϕ i ψ que podien formar una cadena polipeptídica. Va agafar per exemple, una cadena tota d’alanines, i va observar totes les combinacions de ϕ i ψ possibles que no donen lloc a impediments estèrics, llavors fa un mapa de doble eix i marca regions, les regions en blau són totes aquelles combinacions de ϕ i ψ favorables o possibles per a aquell aminoàcid, en aquest cas, l’alanina; les regions en groc són les que presenten algun tipus d’impediment estèric i per tant, no són favorables. Els valors en blau són els valors més favorables, i els valors en groc són els més desfavorables. Si comparem un pèptid que és tot alanina amb un que és tot glicina, veiem que hi ha més combinacions possibles de ϕ i ψ per a la glicina que per a l’alanina. Això és degut a la mida de la cadena lateral; l’alanina té com a substituent un metil, mentre que la glicina només té un hidrogen. Hi ha una diferència molt important degut a les característiques de la cadena lateral de l’aminoàcid en qüestió. Els mapes de Ramachandran permetran doncs, observar la distribució dels angles que es torben en una proteïna.
L-Gly L-Ala 2 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes .1.
Nivells d’estructuració de les proteïnes N’hi ha quatre nivells d’estructuració:  Estructura primària. És la seqüència lineal dels aminoàcids de la proteïna indicant els ponts disulfur(escrita d’extrem amino a extrem carboxi  de dreta a esquerra) És a dir, indica els aminoàcids que la formen i l'orde en què es troben units. És l'estructura més senzilla i, tanmateix, la més important, ja que determina la resta de les estructures proteiques amb nivells superiors d'organització.
 Estructura secundària. És la disposició espacial que adopta la seqüència d'aminoàcids o estructura primària a fi de ser estable, i és una conseqüència directa de la capacitat de gir que tenen els carbonis α dels aminoàcids.
Es refereix a l’ordenament a l’espai de regions locals de la proteïna (hèlix α, fulles β, etc).
 Estructura terciària. És la disposició tridimensional de tots els àtoms que composen la proteïna (és la estructura 3D completa). És la responsable de les seves propietats o funcions biològiques ja que la disposició espacial dels grups funcionals determina les interaccions que fan.
 Estructura quaternària. a presenten les proteïnes que tenen més d’una cadena polipeptídica (s’anomena subunitat). Es refereix a l’ordenament a l’espai (o assemblatge) de les subunitats i a la naturalesa dels contactes mutus que uneixen les subunitats.
.2.
L’estructura secundària Es refereix a l’ordenament a l’espai de regions locals de la proteïna. Dos tipus d’estructura secundària molt habituals en les proteïnes, l’ α hèlix i la fulla β.
(Regions amb manca d’estructura secundària regular s’anomena ”random coil” – tot i que el terme “random” pot portar a confusions).
3 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes Les estructures secundàries es poden visualitzar en els mapes de Ramachandran: .2.1.
α hèlix És una estructura amb un esquelet molt compacte i implica l’entortolligament d’un eix longitudinal que (imaginari) a la hèlix de la cadena, va girant (és com si girés al voltant d’un eix respecte la disposició dels aminoàcids). Si ens fixem, podem parlar de diverses característiques, que giri cap a la dreta (dextrògira) o que girin cap a l’esquerra (levògira).
Els ponts d’hidrogen entre grups de la cadena principal són aproximadament paral·lels a l’eix de l’hèlix. L’hèlix té 3,6 residus per volta.
Els diferents elements en una hèlix alfa es disposen: les cadenes laterals es disposen a la part exterior de l’hèlix alfa.
4 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes Apart del seu caràcter parcial de doble enllaç, l’enllaç peptídic té una altra propietat: es comporta com un dipol, fent que cada enllaç peptídic tingui un moment dipolar (com indica la figura de baix). Aquesta polaritat pot fer contribucions significatives al comportament de les proteïnes plegades, com veurem més endavant. La figura ens mostra un pèptid juntament amb la polaritat de cada enllaç peptídic.
En la hèlix, els plans rígids de l’enllaç peptídic queden orientats en la mateixa direcció de manera que els ponts d’hidrogen amb l’oxigen i el nitrogen es van acumulant, es van sumant, de manera que la hèlix α acaba tenint en el seu extrem carboxi terminal els oxígens orientats cap a baix, això li dóna a l’extrem de l’hèlix una densitat negativa. En canvi, en l’extrem amino que té tots els hidrògens que estan també orientats cap a baix, li dóna una densitat positiva.
.2.1.1.
 • Factors afecten a l’estabilitat de l’hèlix α La tendència intrínseca de cada residu a formar una α-hèlix .
Les interaccions entre grups R, en particular els que es troben a tres (o quatre) residus de distància.
• El volum dels grups R adjacents.
• La presència de residus Pro i la Gly.
• Les interaccions entre residus en els extrems del segment helicoïdal i el dipol elèctric inherent a l’ α-hèlix.
.2.1.2.
 Factors que estabilitzen l’hèlix α La formació de ponts d’hidrogen entre els C = O i H – N de la cadena polipeptídica.
Exceptuant els dos extrems de l’hèlix, el grup carbonil de cada aminoàcid forma un 5 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes pont d’hidrogen amb el H-N de l’aminoàcid situat 4 posicions més endavant de la seqüència.
 Interaccions de van der Waals òptimes entre els àtoms que queden al nucli de la hèlix α.
 Cadenes laterals projecten cap a l’exterior de l’hèlix α, minimitzant interferències entre elles i entre elles i la cadena principal.
L’estabilitat de la hèlix depèn de les característiques dels aminoàcids que la formen. Hi ha aminoàcids que són més afavorits, que proporcionen unes característiques adequades a la hèlix, i d’altres que ho són menys, ja que poden fer l’hèlix massa rígida, massa flexible, etc. Els més afavorits com l’alanina, els menys afavorits com per exemple la prolina (que pel fet de ciclar-se a si mateix formant enllaços covalents, dóna massa rigidesa a la hèlix de tal manera que no es pot fer la hèlix), un altre exemple d’aminoàcid desfavorit és la glicina, que té la cadena lateral tan petita que li confereix massa flexibilitat.
Amb una hèlix alfa el pas de rosca (un punt respecte l’idèntic de més amunt o més avall) són 3,6 aminoàcids, per tant, les interaccions més importants són les que es donen entre un aminoàcid i un altre que està 4 aminoàcids més enllà. Si les interaccions són de càrrega igual (positiu i positiu, àcid i àcid), no és gens favorable, desestabilitzen la hèlix, el que realment és favorable és que siguin contraris i no provoquin repulsió, com per exemple positiu i negatiu… Les interaccions que donen més estabilitats a la hèlix són els ponts d’hidrogen, que es donen entre l’hidrogen del nitrogen de la cadena principal, i l’oxigen del carboni de l’aminoàcid que es troba 4 posicions (o residus) més enllà. Un aminoàcid forma ponts d’hidrogen amb l’oxigen de l’aminoàcid que es troba quatre posicions més endarrere i un altre amb el que es troba quatre posicions més endavant.
Els aminoàcids a l’interior de la hèlix formen ponts d’hidrogen, però els 4 últims dels extrems no poden formar ponts d’hidrogen o davant o darrere, i per tant, la seva estabilitat no és completa, de manera que els extrems de la hèlix estan més desestabilitzats que el centre. Com s’estabilitza? En l’extrem que està carregat 6 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes negativament, per compensar el dipol en l’extrem carboxil afegim base, i en l’extrem amino per contrarestar el dipol positiu afegim àcid.
Vegem altres estructures helicoïdals observades en les proteïnes hèlix 3 10 i l’hèlix π en comparació amb l’hèlix α, es diferencien en per exemple, el nombre d’aminoàcids per volta, si hi ha més, l’elevació (o pujada d’alçada entre aminoàcids) serà menor, si hi ha menys, l’elevació entre els aminoàcids serà major, etc.
Hi ha una cadena hèlix habitual i altres variacions. Si tinc menys aminoàcids per volta, l’elevació serà major. Si hi ha més aminoàcids per volta, la mateixa quantitat d’aminoàcids es repartiran en una hèlix més baixeta per més alta condicionant la forma de la molècula de la qual formen part.
Si cada 4 aminoàcids queden encarats en el mateix punt, i que cada 4 aminoàcids el caràcter de l’aminoàcid és igual (àcid o bàsic), en aquella cara li donem un caràcter, per exemple, si en una cara queden els aminoàcids àcids, la cara serà àcida, o si se segueix un patró d’aminoàcids encarats de la mateixa càrrega, donem un caràcter d’aquesta càrrega determinada a una cara de la hèlix.
La imatge del centre per exemple, té una part molt hidrofòbica (columna de la dreta) i una part molt polar (columna de l’esquerra), cosa típica d’una molècula amfipàtica, la regió hidrofílica quedaria exposada al solvent formant ponts d’hidrogen amb l’aigua, i la part hidrofòbica quedaria adherida al substrat.
7 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes .2.2.
Fulla β És una estructura molt estesa on els aminoàcids que formen l’estructura no estan gaire entortolligats sobre si mateixos, estan més ben estesos. En l’equivalència del pas de rosca d’una hèlix, la distància és de 7 Å, i només intervenen dos aminoàcids, de tal manera que entre cada parell d’aminoàcids la distància és de 3.5 Å.
 La cadena principal es troba estesa en ziga-zaga.
 Els ponts d’hidrogen es formen entre grups allunyats en la cadena principal.
 Les cadenes laterals sobresurten de l’estructura de manera alternada en direccions oposades.
 No és forçosament una estructura local.
.2.2.1.
Estabilitat de la fulla β L’estabilització de la cadena de la fulla beta pot ser donada per una part qualsevol de l’estructura en forma de fulla, que es plega de tal manera que queda proper, és a dir, que necessitem dues fulles per ser estables. Una hèlix pot estabilitzar dues fulles β també (com es veu al dibuix de sota).
Si tenim encarades les dues fulles beta i els seus extrems són un N i un altre C, és una fulla antiparal·lela, si queden els dos extrems N encarats (tenint la mateixa orientació amino-carboxi), tenim una fulla paral·lela.
Paral·lela Antiparal·lela N N C L’elevació d’un residu respecte el següent és de 3.5 Å.
8 N Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes A part d’una altra fulla β, els ponts d’hidrogen poden estabilitzar la fulla β. Si no s’estabilitza una fulla beta perquè no forma ponts d’hidrogen, no es forma la fulla β. Hi ha residus que si no formen una β, no poden formar una hèlix.
L’hèlix α i la fulla β són dues conformacions diferents, però el mecanisme d’estabilització principal és el mateix: ponts d’hidrogen.
L’enllaç peptídic normalment és trans.
• La majoria dels enllaços en els que no hi particina una prolina es troben en configuració trans (>99.95%) • Dels enllaços peptídics que contenen prolina, aprox. el 6% es troben en configuració cis. La majoria d’aquest 6% es dóna en els girs β La prolina no sempre fa cis però si que ho pot fer. Quan fa cis, forma girs β, que seria l’estructura que és necessària adoptar quan per exemple una cadena vol suplir per tal de assolir estabilitat i formar una fulla β. Hi participen 4 aminoàcids, després es fa el gir, i després tenim 4 aminoàcids més. Necessitem en posició 2 prolina, per forçar el gir, i després un aminoàcid que no condicioni el fet de girar, és a dir, que la cadena lateral no molesti per tal d’evitar girs, de tal manera que en posició 2 tenim prolina, i continuant el gir per ajudar a fer el tancament trobem glicina en posició tes. És antiparal·lela perquè es comença per un extrem N terminal per arribar al C terminal. La glicina és molt comuna perquè no genera impediments de torsió en el gir de la cadena lateral.
9 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes 2.2.2.2. Girs β  Girs β , o gir revers, present generalment per a unir dos segments de fulles β antiparal·leles.
 Estan involucrats 4 aminoàcids  La prolina en posició 2 ò la glicina en posició 3 són comuns en els Girs β Els gris β són l’estructura que és necessària adoptar quan una cadena vol fer un gir per, per exemple, per suplir que es subministra una estructura paral·lela en una estructura de fulla β. Aquest gir que ha de fer la seqüència de l’espai. Hi participen 4 aminoàcids. És una fulla, el gir i després l’altra fulla  és antiparal·lela. A vegades en les estructures necessitem prolina en posició 2 per fer el gir per forçar a la cadena el gir i després en posició 3 necessitem un aminoàcid que tingui una cadena lateral que no condicioni el gir, és a dir, que l’aminoàcid en posició 3 segueixi l’exigència de gir que condiciona la prolina en posició 2 donada la cadena principal. En general en els girs β tenim prolina en posició 2 i glicina en posició 3 perquè ajuda a acabar de fer els tancaments. El residu 1 i 4 dona igual els que siguin mentre no siguin gaire voluminosos, seran els que es trobaran al principi i al final de la fulla.
La interacció es manté per ponts d’hidrogen. A vegades en els girs β els substituents estan en cis.
2.2.3.
Els loops A part de l’estructura en hèlix α o la fulla β necessitem fragments de la cadena que no tinguin estructura i que facin de connectors entre les estructures secundàries, per tant, si tenim una regió que té tendència a formar una fulla β per exemple, però no té cap parella per estabilitzar-se, quedarà desestructurat i formarà part d’aquests llaços o regions desestructurades. Generalment, aquests llaços tenen manca d’una estructura definida (són mòbils) però són sempre aquelles regions, és a dir, que no estan definides a nivell d’estructura però si estan definides a nivell de seqüència. Normalment, són regions 10 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes formades per aminoàcids polars o polars amb càrrega perquè tenen molta tendència a formar interaccions per ponts d’hidrogen amb el solvent.
Són importants per connectar regions estructurals secundàries de la mateixa proteïna i a vegades trobarem, per exemple en els anticossos, que els llaços són regions per reconèixer elements ja que al ser flexibles, són un punt de fàcil accés.
Preferències conformacionals dels aminoàcids: alguns prefereixen estar en la hèlix α, altres es troben més definides en la fulla β i altres estan més trobades en els girs de torsió formant part dels llaços.
2.3.
Estructura terciària És saber on es troben situats en l’espai els residus de la seqüència a nivell global. Es poden classificar en dos grups: – proteïnes fibroses: contenen majoritàriament un únic tipus d’estructura secundària – proteïnes globulars: contenen sovint varis tipus d’estructures secundàries 2.3.2.
Proteïnes fibroses Normalment estan formades per un únic tipus d’estructura secundària que es repeteix.
Són allargades. El fet de estar formades per un únic tipus d’estructura secundària vol dir que estan relacionades amb les funcions estructurals i de suport, són estructures de reforç. Generalment estan formades per molts aminoàcids hidrofòbics, per tant, són altament hidrofòbiques. Parlarem de:  α queratines. Proteïnes majoritàries de les estructures que surten de la pell. És una estructura en forma d’hèlix que s’agrupa amb una segona hèlix. Aquesta mínima estructura està afavorida pels aminoàcids que tenen una sèrie de característiques: cada tros està format per 7 aminoàcids. L’aminoàcid en posició 1 11 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes i 4 de cada tros són hidrofòbics. Si cada 4 tenim un aminoàcid hidrofòbic i el pas de rosca és d’uns 4 aminoàcids, el patró que ens dóna és hidrofòbic. Aquest fet facilita molt la interacció entre dos hèlix de queratina ja que les hèlix molt hidrofòbiques no tenen tendència a formar ponts d’hidrogen en el solvent, s’agrupen entre elles per protegir-se. Aquesta agrupació genera una superhèlix.
Les dues superhèlix s’agrupen formant un protofilaments, que s’agrupen formant un filament cada cop més gran (amb més agrupacions) constituint alguna fibra (per exemple de cabell). Per donar encara major consistència a l’estructura, hi ha molts ponts disulfur entre diferents cadenes que formen aquestes fibres.
 Col·làgens. És una cadena polipeptídica que adopta una estructura helicoïdal levògira. Genera un eix imaginari que gira cap a l’esquerra. Està format per una seqüencia de tres aminoàcids, glicina, prolina i hidroxiprolina (aminoàcid no estàndard que no venen introduïts pel ribosoma, procedeixen de modificacions posttraduccionals a les quals està sotmesa la cadena polipeptídica) o prolina. Fa molt més zig zag que la típica estructura hèlix α. A l’interior de la hèlix queden les glicines, que s’associen amb altres hèlix per formar una superhèlix. L’estratègia del col·lagen és similar a la de la queratina, una hèlix que s’uneix a una altra per formar una superhèlix. Es poden donar interaccions intermolecular sobretot amb les lisines i hidroxilisines, quantes més interaccions o entrecreuaments es donen entre cadenes més es fa més rígid el col·lagen fent que amb l’edat els tendons siguin cada cop menys flexibles perquè augmenta el nombre d’interaccions entre les cadenes.
o Tipus I (pell i ossos). Format per l’associació de 3 cadenes polipeptídiques.
Cadascuna conté la seqüència repetitiva (Gly-X-Y)n, on X és normalment Pro i Y és Pro o HyPro. Cada cadena polipeptídica té una estructura d’hèlix levògira amb 3 residus per volta. S’associen 3 hèlix per formar una superhèlix 12 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes dextrogira. Les molècules de col·lagen s’organitzen en fibril·les. Formació d’enllaços covalents que entrecreuen les cadenes α de les molècules de col·lagen i les molècules de col·lagen de les fibril·les.
 Fibroïna de la seda. Estructura amb fulla β molt elàstica. Principalment composta per alanines i glicines. Les fulles sempre es mantenen unides per ponts d’hidrogen.
- Present a les fibres teixides pels cucs de seda i les aranyes - Consisteix en capes de fulles β riques en residus d’Ala i Gly - Les cadenes lateral petites estan interdigitades, empaquetament compacte - Les fulles es mantenen unides per un gran nombre de ponts d’hidrogen i interaccions de van der Waals que donen flexibilitat a l’estructura 2.3.3.
Proteïnes globulars Una proteïna globular conté un munt d’estructures secundàries dintre d’una mateixa proteïna, fet que està relacionat amb la funció de la proteïna. En quant a diversitat de funcions, n’han de fer moltes, la variació de disposició de l’espai li permet fer-les.
Són altament compactades, més que les proteïnes fibroses (a igualtat de residus que les formen).
13 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes Diferenciem dos tipus de conceptes:  Motiu estructural: combinació simple d’uns quants elements d’estructura secundària amb una disposició geomètrica específica . Exemple d’estructura beta hèlix beta, dintre de la seva composició té un motiu β-α-β.
 Domini: part de la proteïna que pot adoptar una estructura 3D estable per ella mateixa. Una proteïna gran pot estar formada per diferents factors o regions que podem aïllar de tal manera que la regió o fragment per ella mateixa es pot assemblar, no necessita la resta de la proteïna per plegar-se. Per ell sol, és capaç d’adoptar l’estructura tridimensional específiques. Hi ha proteïnes multidominis, o proteïnes unidominis. Una sèrie d’estructures secundàries que tenen una consecució d’elements constant possiblement estable.
N’hi ha de molts tipus, les podem dividir pel tipus d’estructura secundària que tenen en el seu contingut:  Tot α.
 Tot β.
 Mixtes o barreges de cadenes α i β.
 Altres. Tenen molta part desestructurada. Presenten molts ponts disulfur, i tot i que no tinguin estructura, acoten la mobilitat de la regió desestructurada, retén la quantitat de disposicions que podria adoptar la regió desestructurada.
14 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes 2.3.3.1. Plegament proteic Com passem d’una estructura primària a l’estructura tridimensional completa. Es pleguen ràpidament cap a la conformació de mínima energia, que és aquella en la que hi ha el mínim número d’interaccions covalents. És la seqüencia de la proteïna la que determina la disposició de la proteïna (ja que depèn també de les cadenes laterals d’aquests). Tot i que l’estructura nativa sigui la de mínima energia i per tant la termodinàmicament favorable, és cert fins a cert punt, ja que només són estables dintre d’un rang molt concret de la seva estabilitat, passem de tenir una estructura primària amb molta entropia que mitjançant interaccions no covalents adopta una estructura compacta que fa disminuir l’entropia però fa augmentar la resta de factors obtenint la conformació nativa.
És a l’atzar? En Afinsen agafa la ribonucleasa (un enzim) amb 4 ponts disulfur que s’han d’assemblar de manera correcta per fer-la funcional.
Agafa agents desnaturalitzant i redueix les cisteïnes de manera que es trenquen els ponts disulfur i es desestructura la proteïna. Trenca els agents i veu que en treure’ls l’enzim torna a assolir la seva estructura plegada en un temps molt curt i tornant a fer els ponts disulfur, de tal manera que demostra que el plegament no és a l’atzar, el plegament està dirigit.
o Les proteïnes es pleguen ràpidament cap a la conformació de mínima energia (l’estructura nativa) o La seqüència aminoacídica de la proteïna és qui determina la conformació nativa o Les proteïnes són només “marginalment” o estables en la seva conformació nativa.
Quines forces dirigeixen el plegament proteic i el fan termodinàmicament estable? 2.3.3.2.
Termodinàmica del plegament proteic Si tenim una estructura desplegada i passem a una plegada, perdem entropia. La pèrdua d’entropia juga en contra de la variació d’energia lliure de Gibbs. A favor juga el nombre d’interaccions que hi ha dintre de la molècula producte, és a dir, l’entalpia, ja que les 15 Experiment d’Afinsen Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes interaccions que forma la molècula producte són en més quantitat i més fortes. Un altre cosa és l’efecte hidrofòbic, si tenim aminoàcids hidrofòbics en una proteïna desplegada, aquests estan exposats al solvent i tenim aigües endreçades al voltant de les cadenes de tal manera que es protegeixi del solvent, per tant l’efecte hidrofòbic és que les parts hidrofòbiques s’agrupin entre elles formant un nucli i fent que el nombre d’aigües endreçat al voltant de les molècules hidrofòbiques sigui menor i augmenti l’entropia del sistema, ja que l’aigua endreçada passa a estar desendreçada.
Les proteïnes han de poder tenir certa flexibilitat per tal d’interaccionar amb altres molècules o membranes, però si el plegament és molt molt favorable, la proteïna serà massa rígida, el plegament ha de ser favorable dins d’un rang determinat, ha de ser marginalment estable.
2.4.
Estructura quaternària Hi ha proteïnes que a part de l’estructura terciària si necessiten interaccionar amb altres subunitats formen l’estructura quaternària. L’assemblatge de múltiples subunitats proteiques formant complexes tridimensionals.
Típic exemple de l’hemoglobina, que necessita estructura tetramèrica per ser funcional.
16 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes 2.4.2.
Malalties conformacionals Aquelles originades per un mal plegament de les proteïnes que ocasiona un dèficit en la cèl·lula i acaba en malaltia com l’Alzheimer, les vaques boges, el Parkinson, etc.
Sempre hi ha una estructura amiloide, una estructura de fulles β super ordenada. Quan s’observava la proteïna en els dipòsits, es veia que la proteïna que les originava no tenia aquest plegament, es veu que en la formació de dipòsits de proteïnes, la proteïna adquiria una nova conformació, ja que en un moment donat, la proteïna patia una mutació que feia que es canvies un aminoàcid per un altre i que altera l’estructura nativa, de tal manera que la proteïna es desestructurava i la regió hidrofòbica que es trobava cap a dintre de la proteïna plegada es trobava exposada a l’exterior, al conjunt de proteïnes amb les regions hidrofòbiques cap enfora, les regions es reconeixien i formaven les estructures en forma de fulla β que causaven la malaltia.
Les xaperones reconeixen les estructures amiloides, les degraden i tornen a donar els aminoàcids individuals. Com més grans ens fem, les xaperones funcionen pitjor i per tant les malalties es manifesten a edats més avançades. Hi ha un problema de balanç de l’homeòstasi cel·lular. Els nostres mecanismes de control perden eficiència i per això no protegeixen del tot la cèl·lula que a mesura que ens fem grans pateixen més agressions.
17 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes Si una proteïna no es plega correctament, les xaperones (maquinària molecular) ajuden a tornar a intentar plegar la proteïna o a dirigir-la cap a sistemes de degradació. Les xaperones donen a les proteïnes un entorn adequat al segrestar-les per tal de que quan surtin del ribosoma es pleguin correctament i sense les regions hidrofòbiques cap a fora.
Podem trobar alta presència de xaperones en tot el sistema de l’homeòstasi cel·lular, hi ha proteïnes que per alguna alteració en la seva estructura fan que no siguin funcionals i no es pleguin bé. El fet de no ser funcional genera citotoxicitat, el fet d’estar malament plegades també forma agregats tòxics , en aquest punt, les xaperones les tornen a obrir i a intentar plegar-les de nou. Quan les proteïnes no aconsegueixen un plegament correcte són enviades al procés de degradació. Hi ha proteïnes que sempre es troben a la cèl·lula i hi ha altres que han de fer una funció un temps determinat però després han de parar, per tant, aquesta última proteïna ha de rebre un marcatge per tal de que en acabar de fer la seva funció, la proteïna entri al proteasoma per la part superior de tal manera que un cop a dins (amb ajuda d’ATP) es crearà un moviment que trencarà els seus enllaços covalents i que donaran lloc als aminoàcids lliures que formaven la proteïna.
Una proteïna va al proteasoma via marcatge, hi ha una proteïna que té un senyal i que va a la diana. Generalment s’usa ubiquitina, una petita proteïna que de manera selectiva incorpora unitats d’ubiquitina com a marcadors de tal manera que el proteasoma reconeix l’ubiquitina i amb consum d’ATP trenquen els seus enllaços donant lloc de nou als aminoàcids lliures.
Les malalties relacionades amb el mal plegament de les proteïnes: Parkinson i Alzheimer.
Normalment depenen de l’edat perquè es produeix un fallo de molts element diferents que formen part de la maquinària de control.
Hi ha Prions creadors de malalties amiloides. El que els passa als prions és que tenen la capacitat de passar d’una cèl·lula a una altra, poden transformar una cèl·lula que no tenia problemes a una que sí. Si una cèl·lula té prions i es reprodueix, aquest prió es pot heretar. També hi ha prions bons, els llevats els utilitzen per coses positives per ells.
2.4.3.
Predicció de l’estructura proteica La funció pot ser predita a partir d’alineaments de seqüència.
En el fons, és l’estructura primària qui ens donarà informació sobre com es disposarà l’estructura primària a l’espai. Podem predir una funció a partir de la seqüència primària si trobo en les bases de dades una proteïna amb la qual comparteixo molta similitud de seqüència (identitat seqüencial), és a dir, que l’aminoàcid i la localització relativa en la seqüència d’aquell aminoàcid és compartida (no val tenir 25 asparagines si no estan 18 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes disposades de la mateixa forma, ens importen els aminoàcids compartits i la posició en la que es troben). També ens interessen aminoàcids que tot i que no siguin idèntics, en la mateixa posició hi ha un aminoàcid de les mateixes característiques (diem que és similitud seqüencial).
D’identitat seqüencial, si tenim un 40% trobat, podem plantejar-nos que la proteïna és molt semblant. Quanta més identitat seqüencial tens, més contundent pot ser la predicció. Pel que fa a la similitud seqüencial, cal ser més exigents.
Mirem les regions que es conserven perquè si estan molt conservades, és perquè és una regió no admet gaires variacions ja que tindrà una funció específica en la cèl·lula. Quan alineem diferents seqüències, podem determinar regions funcionalment rellevants.
L’ESTRUCTURA SECUNDÀRIA POT SER PREDITA A PARTIR DE LES PROPIETATS DELS RESIDUS Tenint en compte la seqüència primària, hi ha predictors que fan models de quines estructures secundàries poden adoptar aquelles regions.
19 Sonia López Pérez 1r Grau en Biologia. Estructura i funció de biomolècules. Tema 4: Estructura de les proteïnes LES ESTRUCTURES TERCIÀRIES PODEN SER PREDITES PER MODELATS D’HOMOLOGIA MOLECULAR Hem de fer models amb proteïnes que tinguin un model conegut. Agafem la proteïna i li demanem que faci un modelat donant-li el PDB, les coordenades x, y i z de tots els àtoms de la molècula que volem utilitzar com a motlle. Qualsevol proteïna no pot servir com a motlle, perquè fa falta que la proteïna que tu tens tingui un mínim d’identitat amb la proteïna que utilitzarem com a motlle.
Per fer un model tridimensional SI necessitem un mínim d’identitat seqüencial d’un 40% per a fer e motlle: 20 ...