Tema 2 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 12
Fecha de subida 02/11/2014
Descargas 8
Subido por

Vista previa del texto

2. PROTEÏNES: FUNCÏONS Ï ESTRUCTURA PRÏMARÏA TIPUS DE PROTEÏNES I FUNCIONS Les proteïnes són les biomolècules més importants. Es troben a totes les cèl·lules i gairebé a totes les estructures d’aquestes. Tant en bacteris, fongs, plantes i animals estan constituïdes a partir de les mateixes 20 unitats o monòmers: els aminoàcids. Amb la combinació d’aquestes 20 és com s’aconsegueix aquesta enorme variabilitat. Tots ells tenen residus diferents, i és el que permet anomenar la proteïna i hipotetitzar la seva funció.
Tenen una gran varietat de funcions; els enzims són el grup més variat, els quals catalitzen totes les funcions de la cèl·lula.
ESTRUCTURA I PROPIETATS DELS AMINOÀCIDS Els aminoàcids s’uneixen covalentment enter ells, però les proteïnes també es poden hidrolitzar.
Els aminoàcids es denominen així per tenir un grup amino (-NH2) i un grup carboxil (COOH); a més tenen un àtom d'hidrogen i un grup distintiu, el radical (–R), units al mateix àtom de carboni: el carboni α.
Aquest, excepte en el cas de la glicina i la lisina (tenen 1H/2H) té units 4 grups diferents.
El residu és el component que pot variar de 20 maneres diferents, donant una estructura, mida i càrrega diferent a la cadena; la resta es manté. Els aminoàcids es classifiquen en funció de la seva polaritat.
L’any 1806 es va descobrir el primer aminoàcid, l’asparagina; l’últim aminoàcid en ser descobert va ser la treonina 130 anys després, el 1938.
CARACTERÍSTIQUES - - Estereoquímica en l’àtom de carboni.
Un àtom de carboni tetraèdric amb 4 components diferents es diu que és un carboni quiral. L’únic aminoàcid que no exhibeix quiralitat és la glicina, ja que el seu "grup-R" és un àtom d'hidrogen. La quiralitat descriu la direccionalitat d'una molècula que s'observa per la seva capacitat de girar el pla de llum polaritzada a la dreta (dextrogira) o a l'esquerra (levogira). L’especificitat del centre actiu dels enzims és tan gran que només s’obté una de les dues formes, tots els aminoàcids en les proteïnes exhibeixen la mateixa configuració estèrica absoluta com el L-gliceraldehid. Per tant, són tots L-α-aminoàcids. Els D-amino àcids mai es troben en proteïnes, encara que existeixin en la naturalesa. Els Daminoàcids es troben sovint en polipèptids que són antibiòtics.
Radiació UV. Els grups-R aromàtics en els aminoàcids absorbeixen la llum ultraviolada amb una absorbància màxima en la gamma de 280 nm. La capacitat de les proteïnes d'absorbir la llum ultraviolada és predominant a causa de la presència del triptòfan que absorbeix fortament la llum ultraviolada.
Existeixen dos estereoisòmers que són enantiòmers, un és la imatge especular de l’altre.
En definitiva, diem que els AA són estereoisòmers en tenir 2 orientacions possibles.
CONFIGURACIÓ ABSOLUTA DE L- I D-GLICERALDEHID I ESTEROISÒMERS DE L’ALALINA.
El gliceraldehid és un sucre de 3C amb un grup aldehid i un C asimètric (2), que està unit a 4 grups diferents. En funció d’on té el grup hidroxil, s’anomena gliceraldehid amb L- o D-. Si té l’OH a l’esquerra, -L, i si té el grup OH a la dreta, -D.
Això s’aplica per tots els aminoàcids, comparant el grup OH amb l’amino.
Exemple: en l’alanina, si el grup amino està a l’esquerra, serà la conformació L. Si està a la dreta, la D. Sempre s’ha de tenir en compte que el grup carboxil va a dalt i el residu a baix.
Els grups aldehids per una sola reacció d’oxidació poden passar a grup carboxil.
A la natura, tots els estereoisòmers, tenen conformació L, mai D. És important perquè a les reaccions bioquímiques els enzims són estereoespecífics i el seu centre actiu és totalment asimètric. Per això, els aminoàcids tenen conformació L.
CLASSIFICACIÓ DELS AMINOÀCIDS Cada un dels 20 α-aminoàcids oposats en les proteïnes es pot distingir per la substitució dels grups-R en l'àtom del carboni-α.
Existeixen dues classes àmplies d'aminoàcids d'acord amb la polaritat del grup-R, hidrofòbics o hidrofílics.
- - Els aminoàcids hidrofòbics tendeixen a rebutjar l'ambient aquós i, per tant, resideixen dins de les proteïnes. Aquesta classe d'aminoàcids no s'ionitzen ni participen en la formació d'enllaços d'H.
Els aminoàcids hidrofílics tendeixen a interactuar amb l'ambient aquós, estan implicats sovint en la formació d'enllaços d'H i es troben predominantment en les superfícies externes de les proteïnes o en els llocs reactius dels enzims.
A partir de la polaritat, els classifiquem de més hidrofòbics a mes hidrofílics segons el grup R/cadena lateral.
GRUPS R APOLARS ALIFÀTICS - Propietats Els AA amb un residu apolar es caracteritzen perquè la seva –R és una cadena alifàtica.
Tenen grups amb carbonis i hidrògens (excepte la glicina que no té C al residu – és el menys apolar de tots perquè el residu és molt petit ,un hidrogen).
Aquests – R tendeixen a allunyar-se del mitjà aquós i interaccionar entre sí en zones internes de la molècula.
En la prolina el residu forma un anell (estructura cíclica) molt rígid amb el grup amino de l’aminoàcid. L’anell es troba en el mateix pla.
La metionina té un àtom de sofre al residu i forma un enllaç tioèster.
La resta (Ala, Val, Leu, Iso) acostumen a estar junts a les proteïnes formant interaccions hidrofòbiques enter elles que ajuden a estabilitzar-les.
GRUPS R AROMÀTICS- Propietats Són apolars per l’anell aromàtic. Hi ha diferents graus de polaritat. El més apolar serà la fenilalanina ja que el triptòfan té un nitrogen i la tirosina té un hidroxil, i això els dóna polaritat (la tirosina es pot fosforilar, segurament serà proteïna reguladora, que es pot activar i desactivar).
El grup d’anells del triptòfan s’anomena grup indol.
Els grups-R aromàtics en els aminoàcids absorbeixen la llum ultraviolada gràcies als anells aromàtics, i en captaran més o menys en funció de la concentració de la proteïna amb una absorbància màxima en la gamma de 280 nm. Aquesta tècnica es fa servir per quantificar proteïnes. Les bases nitrogenades del DNA són capaces d’absorbir la llum a 260 nm. La relació ens dóna la puresa (260/280).
GRUPS R-POLARS SENSE CÀRREGA – Propietats Són aquells que tenen possibilitats de tenir asimetria en la distribució de les càrregues, per la presència d'un àtom d'O o N. Com a conseqüència el –R presenta regions polars que permeten que es formin ponts d'hidrogen amb altres – R polars.
La serina és semblant a l’alanina. La serina i la treonina tenen polaritat gràcies al grup hidroxil.
Observem un grup sulfhídric en la cisteïna. Abans els sofre feia un enllaç tioèster. Ara està en un extrem, pot perdre el protó o no i això li dóna polaritat. Podrà formar ponts d’hidrogen amb l’aigua.
L’asparagina i la glutamina són amines de l’àcid aspàrtic i del glutàmic; són polars però poc, tenen grup carboxil.
Tenim dos aminoàcids més que són fosforilables: la serina i la treonina.
Amb una reacció d’oxidació entre dues cisteïnes es pot formar un pont disulfur, important ja que és un enllaç covalent entre dos aminoàcids, que és independent de l’estructura lineal de les proteïnes. És una modificació afegida que pot permetre unir dues cadenes polipeptídiques diferents que formaran part de la mateixa proteïna o formar unions covalents en la mateixa cadena. El nou aminoàcid s’anomena cistina. Un exemple de pont disulfur seria la insulina que fa ponts entre dues cadenes i també entre una cadena ella mateixa, i és important per la interacció i tal.
GRUPS R-CARREGATS Els aminoàcids amb càrrega presenten un grup addicional àcid o base en el -R.
Els aminoàcids àcids, (aspartat i el glutamat) tenen grups - R carregats negativament a pH 7.0 per la presència del grup -COOH en el radical.
De la mateixa manera, els aminoàcids bàsics, que contenen un o més –NH2 en el radical, tenen -R carregats positivament a pH 7.0.
CÀRREGA POSITIVA (BÀSICA) – Propietats La lisina és una cadena alifàtica carregada positivament a PH fisiològic i té un grup amino.
L’arginina té un grup que conté tres nitrògens en l’últim carboni i s’anomena grup guanidino.
La histidina té un grup imidazol. És un aminoàcid bàsic, a PH fisiològic hi ha un % important de molècules que no estan carregades, però és capaç de donar o cedir protons de manera fàcil i és important a l’hora de catalitzar reaccions bioquímiques, per tant la trobem formant part dels centres actius dels enzims.
CÀRREGA NEGATIVA (ÀCIDA)- Propietats Importància de la càrrega? Constant de dissociació.
Tots els aminoàcids tenen càrrega en el grup carboxílic i en el grup amino. Alguns altres aminoàcids poden tenir càrrega en el residu. Tots els aminoàcids tenen comportament d’àcids dèbils polipròtics.
Exemple 1 La glicina cedeix protons a pH molt àcid: quan augmenta el pH hi ha tendència a cedir el protó; el primer en cedir-lo és el grup carboxílic  es dóna un equilibri entre la forma que ha perdut el protó i la que no (pk1) fins que arriba el punt isoelèctric (pH on la càrrega neta de la molècula = 0) on, en totes les molècules, el seu grup carboxílic haurà perdut el protó. Si segueix augmentant el pH, l'equilibri es desplaça a la dreta i tenim un equilibri entre amino protonat i amino desprotonat (pk2).
Exemple 2 La histidina pot adquirir un protó. El que ens defineix quan el pot adquirir és el Pk dels residus de cada aminoàcid. El grup carboxílic del carboni alfa sempre és el primer en perdre el protó. El segon és el residu dels aminoàcids àcids (glutamat i aspartat, càrrega neta negativa a pH fisiològic). La histidina, a pH fisiològic, té encara algunes molècules que retenen el protó (taula).
A pH fisiològic cada aminoàcid està d'una manera diferent en funció de si és bàsic o àcid. Per exemple, la lisina i l'arginina sempre estan protonades.
Grups ionitzables dels aminoàcids CORBA DE VALORACIÓ DELS AMINOÀCIDS 17/02/2014 Tots els aminoàcids poden arribar a tenir carrega, així que es comporten com a àcids dèbils polipròtics.
Tindrem diversos pKa en funció de: - Pel grup carboxílic Pel grup amino Per la cadena lateral si té un grup ionitzable.
Exemple 1: Glicina El residu H no es pot cedir, però els protons del grup NH3+ i COO-, sí (C inicial). A més pH, més tendència a cedir protons.
El grup COOH el cedirà primer, i després el NH3+.
El punt isoelèctric és el punt de pH on totes les molècules han cedit el H del grup carboxílic, però no el de l’amino. Per tant, la càrrega neta de la molècula és 0 (és el pH al qual la suma total de càrregues és zero – igual nombre de càrregues negatives que positives). A pH molt alt tenim càrrega negativa, i a pH molt baix tenim càrrega positiva, ja que a mesura que va augmentant la concentració de base hi ha més tendència a perdre protons.
Un altre cas és quan el residu sí que és ionitzable; en aquest cas podem afegir el pkR (pK del residu quan és ionitzable).
El que ens defineix quan el grup cedirà l’H és el pKa. Els grups carboxílics dels residus (aspartat i glutamat) tenen més facilitat en cedir els H: - pK1 – pK del grup carboxílic.
pH equivalent al pk2 – grup amino ha perdut el protó.
GRUPS IONITZABLES DELS AMINOÀCIDS – A pH fisiològic: - Histidina pot intercanviar H+ (catàlisi enzimàtica) Lys i Arg sempre tenen càrrega + Asp i Glu sempre tenen càrrega – Exemple 2: Histidina El grup imidazol de la histidina també participa en la capacitat de cedir o acceptar protons (veure gràfic).
El primer en perdre el protó és el grup carboxílic.
A mida que augmenta la concentració de base de la solució, tot el grup carboxílic perd el protó i tindrem majoritàriament la forma amb el grup carboxílic desprotonat.
Arribem al pkR; al voltant de pH 6 s'ha començat a desprotonar el grup R de la histidina i hi haurà equilibri entre les dues formes.
Més tard arribem al pk2, que correspon al pH en el qual el grup amino situat al carboni alfa de la histidina perd el seu protó.
El punt isoelèctric de la histidina està entre el pKR y pK2.
En la corba de valoració de la histidina també hi participen les cadenes laterals (el grup imidazol).
ENLLAÇ PEPTÍDIC – Formació i estructura Es forma amb el –OH del carboxil del primer aminoàcid amb el H de l’amino del segon aminoàcid. En la seva formació s’allibera una molècula d’aigua (la unió és per condensació).
En el cas del C carboxílic, el caràcter de doble enllaç està repartit entre els dos oxígens, per tant en solució i a pH fisiològic està carregat negativament (està desprotonat: deslocalització del doble enllaç) mentre que el nitrogen està protonat i te càrrega positiva. L’enllaç peptídic també té característiques de doble enllaç.
La formació és termodinàmicament desfavorable.
CARACTERÍSTQUES - - La capacitat de cedir o acceptar protons en les proteïnes es manté però només a nivell del primer i de l’últim aminoàcid que formen la cadena peptídica.
Els 6 àtoms de l’enllaç es troben en el mateix pla. Això li dóna una estructura rígida (important de cara a l’estructura del polipèptid).
La longitud de l’enllaç és de 0’132 nm = 1’32 A L’enllaç peptídic és més curt que un enllaç senzill perquè té un caràcter parcial de doble enllaç.
Per aquest mateix motiu, no pot girar, és rígid. Això fa que en el mateix pla tinguem diversos àtoms, que són el C i el N que formen l’enllaç, l’H, l’O i els dos carbonis alfa. Els que sí poden girar són els dos carbonis alfa amb els seus respectius enllaçants (Cα – N i Cα – C) – de cada 3 enllaços de la cadena, 2 poden rotar i 1 no (l’enllaç peptídic).
Tenim dues conformacions diferents; els dos carbonis α poden estar al mateix costat (cis) o en costats oposats (trans); la forma majoritària és la forma trans.
Això és perquè estereològicament es faciliten que no hi hagin interaccions entre els grups grans que s’uneixen a ells.
COMPOSICIÓ I SEQÜÈNCIA D’AMINOÀCIDS En una cadena polipeptídica, el 1r AA té el grup amino lliure, i l’últim té el grup carboxílic lliure.
Per tant, quan parlem de la seqüència d’una proteïna ens referim a l’amino terminal o el carboxi terminal (extrem aminoterminal o extrem carboxiterminal, abreviat N-Ter i C-Ter).
Només aquests dos grups ionitzables a part dels radicals dels aminoàcids.
IONITZACIÓ DELS PÈPTIDS – Punt isoelèctric Els N ter i C ter poden ionitzar-se; a nivell de càrrega neta, el tetrapèptid de la foto té càrrega neutre a PH fisiològic.
- Si pH < PI, càrrega neta + Si pH = PI, càrrega neta 0 Si pH > PI, càrrega neta - DADES MOLECULARS D’ALGUNES PROTEÏNES Les proteïnes es poden unir a altres biomolècules diferents; trobem proteïnes conjugades amb lípids, carbohidrats, grups hemo, nucleòtids, metalls, grups fosfats... i en funció de la biomolècula reben noms diferents. Anomenem grup prostètic a tot allò de la biomolècula que no és proteïna.
S’han fet estudis evolutius comparant seqüències de proteïnes homòlogues (proteïnes diferents amb funcions semblants en la mateixa espècie). Per exemple, comparem les seqüències de l’hemoglobina i la mioglobina humanes i veiem que es poden detectar quins són els residus que s’han conservat, i aquests donen una pista de quins són els residus essencials per la unió del grup hemo entre d’altres funcions essencials. L’oxigen que transporten o emmagatzemen depèn d’aquesta unió al grup hemo. Per tant, aquestes dues proteïnes és possible que vinguin duna mateixa proteïna.
Si comparem la mateixa proteïna en espècies diferents, per exemple la mioglobina humana i la mioglobina de catxalot, veiem el següent: En blau tenim la seqüència d’aminoàcids idèntics en la humana i la del catxalot, i en verd els que són molt semblants (quan els dos residus són apolars i tenen la mateixa funció). Els únics diferents són els que estan pintats en groc. Per tant, encara que els organismes siguin diferents, la mioglobina segueix tenint la mateixa funció.
També podem fer arbres filogenètics comparant per exemple el citocrom c de 50 residus de diverses espècies. Anomenem gens ortòlecs els gens que són semblants tot i pertànyer a dues espècies diferents, donat que tenen un avantpassat comú – és la seqüència en proteïnes que codifica pel mateix en espècies diferents.
Podem fer un arbre mirant els canvis en gens i en nucleòtids; potser molts dels canvis detectats a nivell de nucleòtids no representen un canvi a nivell d’aminoàcid. A nivell de seqüència hi ha polimorfismes que no representen cap canvi rellevant. En aquest cas, la seqüència del citocrom c ens està dient que n’hi ha uns quants que són sempre els mateixos no matter l’espècie. Aquests seran els essencials. Altres, tot i haver canviat, potser la seqüència és la mateixa i per tant la funció no canvia.
...