Tema 4. ESTRUCTURES DE LES PROTEINES (Segona part) (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Estructura i funció de biomolècules
Año del apunte 2016
Páginas 16
Fecha de subida 17/03/2016
Descargas 3
Subido por

Vista previa del texto

Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules TEMA 4 (Segona part): ESTRUCTURES DE LES PROTEINES (Segona part) - Nivells d’estructuració de les proteïnes - Descripció de l’hèlix α i les fulles β - Proteïnes fibroses - Proteïnes globulars - Estructura quaternària Conceptes generals: - A diferència de la majoria de polímers orgànics, les proteïnes adopten una conformació 3-dimensional (3D) específica en una solució aquosa. Estructura de mínima energia amb el major nombre d’enllaços covalents possibles.
- 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.
És pla i rígid. L’estructura covalent de la cadena principal pot ser interpretat com una successió de plans d’enllaços peptídics.
L’oxigen del grup carbonil té una càrrega parcial negativa i el nitrogen del grup amí té una càrrega positiva, fet que permet que s’estableixi un petit dipol elèctric.
Normalment, els enllaços peptídics en les proteïnes es donen en la seva configuració trans, tot i que hi ha excepcions.
Només els carbonis quirals (α) poden girar. El fet que hi hagi aquest moviment fa que es generi un dipol elèctric.
Algunes combinacions de ϕ(phi) i ψ(psi) són favorables. D’altres no ho són. Poden anar de +180º fins a -180º. Els impediments estèrics poden ser entre àtoms de la cadena principal o entre les cadenes laterals. Com més llarga sigui la cadena lateral d’un aminoàcid veí més coaccionat (limitat) es veu el valor de ϕ i ψ que el carboni pot adoptar.
ϕ i ψ: angles de torsió: angles que es troben a la intersecció entre dos plans.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules 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, les combinacions impossibles.
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 que l’Alanina és un aminoàcid hidrofòbic i com a cadena lateral té un metil, i la glicina només té un hidrogen, i degut a això, hi ha una diferència molt gran en quant a les combinacions possibles dels angles que es troben entre ϕ i ψ.
Els quatre “nivells” d’estructuració de les proteïnes     Estructura primària: es refereix a la seqüència d’aminoàcids de la proteïna indicant els ponts disulfur. Deixant l’amí a l’esquerra i el carboxil a la dreta! 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. Es refereix al l’ordenament a l’espai de tots els aminoàcids, és a dir la estructura 3-D 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: la 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 seus contactes mutus que uneixen les subunitats.
L-Ala L-Gly Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules 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.
Pot ser que hi hagi x % de la proteïna formant hèlix α, x% fulla β i x% sense estructura, són regions desestructurades permanentment (tot i fer servir el terme “random coil” per referirnos a aquestes regions, el terme “random” pot portar confusions ja que no les regions sense estructura no són a l’atzar).
Les estructures secundàries es poden visualitzar en els mapes de Ramachandran: α - HÈLIX - - És una estructura amb un esquelet molt compacta. Això implica l’entortolligament d’un eix longitudinal que (imaginari) a l’hèlix α va girant. Si ens fixem, podem parlar de diverses característiques, que giri cap a la dreta (dextrògira) o que girin cap a l’esquerra (levogira).
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 (per cada pas de rosca) Les cadenes laterals estan projectades cap a fora, lleugerament perpendiculars a l’eix de l’hèlix. No hi ha cadenes laterals en la part interior de l’hèlix α.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules A part 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 l’hèlix alfa fa que la disposició d’aquests 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. Els dipols es van acumulant de manera que s’acaba sumant una densitat negativa en l’extrem carboxil, i dóna una certa densitat positiva en l’extrem amí degut als hidrògens orientats cap a baix. L’estabilitat d’una hèlix alfa depèn dels aminoàcids que la composen. La prolina és un disruptor de l’hèlix α perquè es cicle amb ella mateixa i no deixarà girar a l’hèlix α. I també la glicina, perquè com que casi no té cadena lateral, és tant flexible que no va bé en aquest entorn.
Les interaccions més important són la que hi entre un aminoàcid i el que esta 3 o 4 posicions més enllà de la cadena de l’hèlix α, perquè és el que en l’estructura secundària quedarà més proper. Si jo vull desestabilitzar una hèlix, puc posar aminoàcids amb les mateixes càrregues, això generarà molta repulsió. En canvi, si jo compenso carregues, estabilitzen l’hèlix.
Els ponts d’hidrogen són les interaccions que donen més estabilitat a l’hèlix α. Es formen ponts d’hidrogen entre l’oxigen carbonil d’un aminoàcid amb l’hidrogen de l’amí de la cadena principal d’un aminoàcid que esta 4 posicions més enllà, i el mateix tindrà un oxigen carb onílic que farà un altre pont d’hidrogen amb l’hidrogen d’un aminoàcid que es trobarà 4 lloc més enllà. Dintre de la seqüència, un aminoàcid esta formant dos ponts d’hidrogen, un que esta 4 residus més endavant i un amb un que esta 4 residus més enrere.
En els extrems de la hèlix, els 4 últims i els 4 primers no poden formar dos ponts d’hidrogen, no tenen tanta estabilitat com el nucli de l’hèlix, i per estabilitzar-lo afegirem aminoàcids bàsics (amb càrrega positiva) en l’extrem carboxil, en canvi, l’extrem amí, si volem estabilitzarlo posem aminoàcids amb certa càrrega negativa per contrarestar aquest dipol.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules Altres factors que afecten l’estabilitat de la 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 Gly Les interaccions entre residus en els extrems del segment helicoïdal i el dipol elèctric inherent a l’α-hèlix.
Factors que estabilitzen l’hèlix α: a) Formació de ponts d’H 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 pont d’H amb el H-N de l’aminoàcid situat 4 posicions més endavant de la seqüència.
b) Interaccions de van der Waals òptimes entre els àtoms que queden al nucli de l’hèlix α.
c) Cadenes laterals projecten cap a l’exterior de l’hèlix α, minimitzant interferències entre elles i entre elles i la cadena principal.
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… 5.4 Àngstroms de longitud per cada pas de rosca. Entre un aminoàcid i el següent hi ha un augment de 1.5, aquest augment es diu elevació. Entre un aminoàcid i el següent hi ha una elevació de 1.5 Àngstroms.
Si tinc menys aminoàcids per volta l’elevació entre un aminoàcid i un altre serà més gran.
L’hèlix π és més baixeta perquè té més aminoàcids i s’hauran d’abaixar.
En funció de la disposició dels aa en aquesta hèlix, podem tenir hèlix amb un comportament diferencial. Si cada 4 aminoàcids tinc un aminoàcid amb el mateix caràcter, estic donant un determinat caràcter a una cara de l’hèlix. Si segueixo un patró de distribució d’aminoàcids en què coincideix que estaran encarats en la mateixa disposició, això fa que les diferents cares de l’hèlix puguin tenir un caràcter determinat. Una hèlix alfa és altament local. Totes les interaccions es donen entre elles.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules 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.
FULLA β La fulla β és una estructura molt estesa on els aminoàcids no estan molt entortolligats entre si mateixos. Entre un aminoàcid i la següent repetició (equivalent a pas de rosca) es troba a una distància de 7 Àngstroms (Å) i només hi ha implicats dos aminoàcids, de manera que entre cada parell d’aminoàcids la distància és de 3.5 Å, és a dir, l’elevació d’un residu respecte el següent 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. Però una fulla beta si no es pot estabilitzar no serà una fulla beta.
Estabilitat de la fulla β La formació de les interaccions d’una fulla β necessita d’una altre fulla β, per estabilitzar-se, i pot ser amb una que estigui a prop de la seqüència o lluny de la seqüència. És a dir, jo tinc un seguit d’aminoàcids que fan fulles beta, doncs si en el reordenament final les fulles beta es trobem a prop s’estabilitzaran formant ponts d’hidrogen, no té importància si la seqüencia era la continua a la primera fulla beta.
Si la fulla té direccions diferents s’anomena antiparal·lela, perquè on hi ha l’extrem amí d’una hi ha l’extrem carboxil de l’altre. I si on hi ha l’extrem amí d’una també hi ha l’extrem amí de l’altre, la fulla beta serà paral·lela. Els tipus de ponts d’hidrogen són diferents. I es formen entre l’hidrogen de l’amí i l’oxigen del carboxil. Si és paral·lela es distorsiona una mica la formació dels ponts d’hidrogen, estan una mica torts, per tant són més febles. En la fulla antiparal·lela els ponts d’hidrogen estan molt alienats. En la fulla paral·lela la distribució és regular, i si es antiparal·lela segueix un patró. Les cadenes laterals queden cap a fora per evitar xocs, i veiem un patró.
Anna Jiménez Pouget Estructura de la fulla beta paral·lela Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules Estructura de la fulla beta antiparal·lela La hèlix α i la fulla β són dues conformacions extremes que comparteixen la propietat d’ésser estabilitzats per ponts d’Hidrogen.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules L’ENLLAÇ PEPTÍDIC NORMALMENT ÉS TRANS - La majoria dels enllaços en els que no hi participa 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.
Tot i que en el cas de la prolina, pot ser fer cis, però no ho acostuma a fer. Quan és cis és quan generalment forma els gris β. Que seria l’estructura que és necessària adoptar quan per exemple una cadena vol girar per tal d’assolir estabilitat i formar una fulla β.
Girs β Estructura necessària per formar un gir en l’espai. Té una estructura antiparal·lela perquè es comença per un extrem N terminal per arribar al C terminal, serveix generalment per unir dos segments de fulles β antiparal·leles. Hi participen 4 aminoàcids, després es fa el gir, i després tenim 4 aminoàcids més. Necessitem prolina en posició 2 per forçar aquest gir (per la cadena ciclada d’aquesta), i en posició 3 necessitem un aminoàcid que no molesti gaire, una molècula que no condicioni que pugui girar, que segueixi el gir de la prolina, i això ho fa un aminoàcid que no aporti cadena lateral, és a dir la Glicina en tercera posició. El residu 1 i 4 és igual el que sigui excepte si són molt voluminosos.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules Els Loops Necessitem fragments de la cadena sense estructura i que facin de connectors entre les estructures secundàries. Per exemple si tinc un fragment que ha de fer fulla β i no té parella, serà una regió que no estarà definida estructuralment, desestructurada, (però si que estarà definida a nivell de seqüència), per tant, passarà a formar part d’aquests llaços. Normalment són regions formades per aminoàcids polars o polars amb càrrega, perquè tenen molta tendència a formar interaccions per ponts d’hidrogen amb el solvent. Els Loops no tenen estructures tant regulars com les vistes fins ara, però són estructures ben definides. Solen participar en la interacció amb altres proteïnes i amb altres molècules. Per exemple en els anticossos els llaços són regions per reconèixer elements ja que al ser flexibles, són un punt de fàcil accés.
Preferències conformacionals dels aminoàcids Hi ha aminoàcids que només formaran un tipus de cadena determinada. Però després hi ha d’altres com la metionina que tant les trobarem com en cadenes α com en β, però no en les estructures secundàries definides perquè és molt hidrofòbica.
ESTRUCTURA TERCIÀRIA - És la disposició tridimensional global de tots els àtoms d’una proteïna, la disposició a l’espai d’una determinada seqüència.
Podem classificar les proteïnes en dos grups funcionals: - Proteïnes fibroses: formades per un únic tipus de seqüència secundària, és la predominant - Proteïnes globulars: contenen sovint molta barreja de diversos tipus d’estructures secundàries.
Proteïnes fibroses: Són allargades. Formades per un únic tipus d’estructura secundària que es repeteix. Estan relacionades amb estructures de reforç, estructurals. Estan formades per molts aminoàcids hidrofòbics, per tant són molt hidrofòbiques. Exemple: alfa queratines, col·lagen ….: Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules  α queratines: És una estructura en forma d’hèlix que s’agrupa amb una segona hèlix. Aquesta estructura mínima està afavorida per una repetició de 7 aminoàcids, on cada 7 aminoàcids en la p osició 1 i 4 són hidrofòbics. Si cada 4 tinc un aminoàcid hidrofòbic, això em dóna un patró hidrofòbic.
Això facilita molt la interacció entre dos hèlix de queratina, perquè com que no tenen tendència a formar ponts d’hidrogen amb els solvents, s’agruparà amb una altre per protegirse, generant una “superhèlix”. Després dues cadenes “coiled coil” formen un protofilament que s’ajunten i formen una protofibrila, constitueixen alguna fibra com per exemple el cabell.
Hi ha molts ponts disulfur entre diferents cadenes que formen aquestes fibres. Entre un tipus d’estructura com la pell o una banya d’un rinoceront, la diferent distribució de ponts disulfur que es fan és el que els fa diferents. Com més ponts disulfur aquesta estructura que em fa la α queratina més dura serà. Cabell llis – diferent al cabell rissat degut a la localització dels ponts disulfur. Aquest superenrotllament, junt amb els ponts disulfur, augmenten la resistència de l’estructura.
 Col·lagen tipus I (pell i ossos) Aproximadament el 25% de contingut proteic és col·lagen de tipus I a la pell i els ossos. És una cadena polipeptídica que adapta una estructura helicoïdal formant la hèlix del col·lagen. És levogira i cada volta esta formada per 3 aminoàcids dels quals un és Glicina i el segon és normalment Prolina i el tercer és Prolina o HyPro (hidroprolina). A l’interior de l’hèlix és on queden les glicines. Les glicines de cada hèlix s’associen formant una super hèlix del col·lagen. L’hèlix del col·lagen tot i ser resistent, és més elàstica que les α queratines.
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.
La hidroxiprolina no és un aminoàcid estàndard perquè no ve introduït pel ribosoma sinó que provenen de modificacions post traduccionals de prolines.
Per fer aquesta modificació é s necessària la Vitamina D. Per això és important ingerir-la en la dieta… Cada cadena polipeptídica té una estructura d’hèlix levogira amb 3 residus per volta En el cas del col·lagen també es poden donar interaccions intermoleculars amb les lisines i les hidroxilisines de les cadenes veïnes. Amb l’edat augmenta el nombre d’interaccions covalents entre cadenes, perdem elasticitat, els tendons es fan cada cop menys flexibles.
S’associen 3 hèlix per formar una superhèlix dextrogira.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules Fibroïna de la seda - L’estructura secundària no és una hèlix, sinó una fulla beta. És una estructura molt més extensa.
Present a les fibres teixides pels cucs de seda i les aranyes, per tant, és un material que ha de ser estructuralment fort i alhora elàstic.
Consisteix en capes de fulles β riques en residus d’Ala i Gly Les cadenes laterals 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.
Proteïnes globulars Una proteïna globular conté multitud diferent d’estructures secundàries dintre de la seva cadena, i la diferent composició li donarà un determinat assemblatge a l’espai que tindran a veure amb la seva funció. Les proteïnes globulars en quant a variabilitat de funcions n’han de fer moltes més que les proteïnes fibroses. Són proteïnes molt compactes. Una proteïna globular que a l’espai ocuparia 100x60Å, en canvi, si a igualtat de residus la tinguéssim en forma d’hèlix α ens ocuparia un espai equivalent a 900 x 11Å, i si ho féssim en forma de fulla β ocuparia 2000x5Å.
Observem que les proteïnes globulars estan molt compactes. I veiem també que l’hèlix α és més compacta que la fulla β.
Dos termes importants: - Motiu estructural: combinació simple d’uns quants elements d’estructura secundària amb una disposició geomètrica específica.
Exemple: β – α – β Loop  - Domini: part de la proteïna que pot adoptar una estructura 3-D estable per ella mateixa.
Exemple: segment d’una proteïna que per ell mateix es pot ensamblar, no necessita la resta de la proteïna per plegar-se correctament, potser per fer la funció de la proteïna si, però es pot plegar estant aïllat. Hi ha proteïnes que són multidomini, un que reconegui un receptor i l’altre que té l’activitat catalítica.
N’hi ha de molts tipus, una manera de dividir-les és pel tipus de contingut: - Tot hèlix α - Tot β - Mixtes - Altres, les que tenen sobretot molta part desestructurada. Tenen generalment molts ponts disulfur, que fan com un cert ensamblatge. En la imatge lo groc serien les cisteïnes que retenen d’alguna manera les possibles estructuracions en l’espai.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules La natura ha optat per tenir X motius estructurals determinats, i a partir d’aquí es combinen i formen moltes estructures de proteïnes.
Plegament proteic - - Les proteïnes es pleguen ràpidament cap a la conformació de mínima energia (l’estructura nativa). (Conformació de mínima energia és quan hi ha el major nombre d’interaccions no covalents possible i que es donen).
La seqüència aminoacídica de la proteïna és qui determina la conformació nativa.
Les proteïnes són només “marginalment” estables, dins d’un rang molt concret, en la seva conformació nativa.
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? NO. La seqüència aminoacídica de la proteïna és qui determina la conformació nativa. L’experiment d’Anfinsen: Va agafar la ribonucleasa que té 4 ponts disulfur, que per fer correctament la seva funció ha d’ensamblar-se de manera correcta, els aminoàcids han de tenir els ponts disulfur en llocs concrets. Aleshores va reduir les proteïnes (cisteïnes) amb agents desnaturalitzants (i reductors disulfurs) i els ponts disulfur es van trencar, i la proteïna es va desestructurar. Després tornant a treure aquets agents que mantenien la proteïna reduïda, i va veure que en un marge de temps molt curt el 100% de material que tenia al principi es tornava a plegar en una única forma que era un altre cop amb tots els disulfurs correctament plegats.
La recerca d’aquest estat natiu NO ÉS A L’ATZAR, el plegament esta dirigit, hem de veure quines forces dirigeixen aquest plegament.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules Termodinàmica del plegament proteic Perquè un procés sigui termodinàmicament favorable l’energia lliure de Gibbs ha de ser negativa. Si passo a tenir una estructura plegada a partir d’una estructura totalment desendreçada és una pèrdua d’entropia, però el contingut calòric, l’entalpia em va a favor, el nombre d’interaccions que hi ha dins de la molècula producte és molt més elevat que de la molècula inicial. I un altre element important és el col·lapse hidrofòbic, els aminoàcids de caràcter hidrofòbic si esta la proteïna desplegada, l’aigua s’ha d’endreçar al voltant dels aminoàcids, per guanyar en aigua, és més favorable que els aminoàcids hidrofòbics s’agrupin i així l’aigua ha d’endreçar menys, ha de solvatar una part molt més petita. El procés acaba resultant favorable, però no és un procés molt favorable. I això va bé perquè sinó les proteïnes no tindrien certa flexibilitat, per exemple si han de interaccionar amb un substrat, el centre actiu potser s’ha de desplaçar i acoblar, i per tant va bé que el plegament de les proteïnes no sigui quelcom rígid. Les proteïnes tenen una vida mitja determinada, hi ha moments en que si una proteïna hi és em fa nosa, la suma dels elements juga a favor, però és una suma que no és altament estable, sinó tindríem una pedra.
ESTRUCTURA QUATERNÀRIA L’assemblatge de les múltiples subunitats proteiques formant complexes tridimensionals.
Pot ser que una subunitat interaccioni amb una altra per ponts d’hidrogen, ponts disulfur, o bé perquè en un zona hidrofòbica s’ensambla amb una altre per ser funcional.
Exemple: hemoglobina: té 4 subunitats. Moltes càpsides de virus amb una única proteïna és capaç d’ensamblar uns 90 dímers.
“Control de qualitat” del plegament de les proteïnes Proteasoma Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules 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 amiloides que causaven la malaltia.
Xaperones moleculars (no entren a examen) Les xaperones moleculars ajuden a les proteïnes (de nova síntesi o mal plegades) a trobar els seu camí cap a l’estructura nativa.
La maquinaria de control d’aquest plegament amb l’edat es deteriora, les xaperones funcionen pitjor, i per això més problemes pateix la cèl·lula quan més grans ens fem. Perquè es comencen a acumular proteïnes mal plegades.
Normalment si una proteïna no es plega correctament hi ha tota una maquinaria molecular (xaperones) que l’ajuden o bé a tornar-ho a provar o bé les condueixen fins a mecanismes de degradació.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules Hi ha proteïnes que tenen motles regions hidrofòbiques que transitòriament estan exposades al solvent i necessiten les xaperones per tal que no estiguin exposades.
La síntesi proteica no és perfecta, alteracions en la síntesi primaria impliquen alteracions en la seva estructura funcional, i generen una citotoxicitat i generen agregats, que són estructures tòxiques perquè generen impediments per mobilitat. En aquest punt les xaperones també poden actuar.
Hi ha tipus de xaperones que ajuden al ribosoma i altres xaperones que estan mal plegades i les ajuden a obrir-se i tornar-ho a intentar.
Hi ha proteïnes que són de resposta-estrés, o relacionades en etapes del desenvolupament…han de fer una funció duraant un temp i despres l’han d deixar de fer.
Aquella proteïna ha de tindre un marcatge, que després la proteïna serà enviada cap al proteosoma (lloc on es degraden les proteïnes). Mitjançant el consum d’ATP el proteasoma es mou i implica el trencament d’enllaços covalents, després del tractament del proteasoma anem obtenim els aminoàcids de forma individual, que estaran de nou disponibles per nova síntesi de proteïnes.
Funcions: - Control molecular - Asistencia per les proteïnes que el requereixin - Assistència a nivell de proteïnes mal plegades que els dóna una segona opció Una proteïna va cap al proteasoma a través de marcatge. Generalment la senyal de degradació és la ubiquitina. De manera selectiva incorpora unitats d’ubiqüitina, són el marcatge a les proteïnes que han de ser degradades, el proteasoma reconeix la ubiqüitina, i degrada les proteïnes.
Què passa amb les malalties? Parkinson, Alzheimer… El problema principal no és només que les proteïnes es pleguin malament, sinó que també tenim problemes amb el sistema de control cel·lular. A mesura que l’individu es va fent gran, adquirim mutacions, el nivell de mutació de les proteïnes incrementa i a més la qualitat del sistema de control disminueix. La maquinaria cel·lular fa que mentre no hi hagi problemes el nivell de sobresaturació estigui saturat, però a la que la maquinaria de control funciona malament, es desencadenen els problemes. La meva maquinaria de control cel·lular tindrà més demanda, i aleshores no podrà assumir-ho tot, degut a la desorganització de tot el sistema.
Hi ha un canvi conformacional que porta cap a l’agregació i la formació de depòsits. Sempre agafen una conformació de beta amiloide.
Prion diseases, tipus concret, encara són més problemàtics perquè tenen la capacitat de passar d’una cèl·lula a una altre. Poden transformar una cèl·lula sense problemes a amb problemes. L facilitat amb què es transmet d’una cèl·lula a una altre el fa més tòxic o perillós.
Hi ha prions bons, els llevats fan servir els prions per moltes coses positives per ells. Tot i que pel que fa als mamífers poques vegades són bons.
Anna Jiménez Pouget Tema 4.2: Estructura i funció de biomolècules La funció pot ser predita a partir d’alineament de seqüència: És l’estructura primària la que ens indicarà més com es disposarà la proteïna a l’espai. Puc predir una possible funció si trobo en les bases de dades una proteïna amb la qual comparteixo molta similitud de seqüència. Mirem quants aminoàcids estan col·locats en les mateixes posicions d’unes proteïnes amb la proteïna que jo vull conèixer (l’aminoàcid i la localització relativa la comparteixen : identitat). Mirem que tinguin similituds seqüencials.
Si posem un límit d’identitat seqüencial d’un 40%, es pot començar a plantejar que parlaríem de quelcom semblant.
Fent comparatives d’alineaments de seqüències primàries amb altres proteïnes, i quantes més en fem, més podrem especificar la possible funció de la meva proteïna.
Si una regió està molt conservada tant per identitat com per similitud vol dir que aquella posició no admet mutacions, és essencial, per tant quan alineem diverses proteïnes, 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 molts predictors que fan models de quines estructures secundaries poden adoptar aquelles regions.
Les estructures terciàries poden ser predites per modelats d’homologia molecular Hem de fer models amb proteïnes que tinguin un model conegut. A part de la seqüència primària d’interès li he de donar les coordenades en l’espai d’aquella molècula que jo vull fer servir com a motlle. Per fer un model tridimensional cal que la proteïna tingui un mínim d’identitat seqüencial amb la proteïna que jo vull fer de motlle de la que si que hem de tenir la seva estructura tridimensional.
Preguntes de l’examen: 1) 2) 3) 4) 5) C D C B A ...